Nat Microbiol：山东大学高翔团队发现脆弱拟杆菌泛素同源物驱动肠道微生物组种内细菌竞争

细菌间的拮抗和相关的防御策略在细菌竞争中都是必不可少的。人类肠道共生体脆弱拟杆菌分泌一种泛素同源物(BfUbb)，对体外脆弱拟杆菌菌株的一个亚群有毒。

2023年12月11日，山东大学高翔团队在Nature Microbiology 在线发表题为“Bacteroides fragilis ubiquitin homologue drives intraspecies bacterial competition in the gut microbiome”的研究论文，该研究证明了BfUbb通过非共价结合和灭活必需的肽基脯氨酸异构酶(PPIase)来裂解某些脆弱拟杆菌菌株。

脆弱拟杆菌菌株的BfUbb敏感性分析显示PPIase中有一个关键的酪氨酸残基(Tyr119)，而在Tyr119上编码谷氨酸残基的菌株对BfUbb具有抗性。BfUbb和BfUbb - PPIase复合物的晶体结构分析和功能研究发现，BfUbb在羧基端有一个独特的二硫键，介导与PPIase Tyr119的相互作用。体外共培养实验和小鼠研究表明，BfUbb为编码菌株提供了竞争优势，这进一步得到了人类肠道宏基因组分析的支持。该研究揭示了以前未描述的细菌种内竞争机制。

人类肠道内有一个极其密集和多样的微生物群落，被称为肠道微生物群。这个复杂的生态系统由许多不同的细菌组成，它们在肠道内竞争资源和生态位。细菌间的拮抗和相应的防御机制是细菌竞争相互作用的基础。

拟杆菌门是人类胃肠道中数量最多的革兰氏阴性菌门。为了与密切相关的成员竞争并在生物生态位中建立优势地位，拟杆菌类进化出了几种作为抗菌武器的蛋白质，可以对抗其他细菌。最近的研究表明，脆弱拟杆菌编码一种泛素同源物(称为BfUbb；63%的序列同源性和>80%的序列相似性与人类泛素(HmUbb)，显示出强大的体外抗菌毒性，但机制未知。

BfUbb表现出强大的杀菌毒性，这取决于C端二硫键（图源自Nature Microbiology ）

该研究探讨了BfUbb参与种内竞争的机制。BfUbb 在其C末端需要一个独特但保守的二硫键，通过非共价靶向必需的周质PPI酶来实现其抗菌毒性。BfUbb-PPIase复合物的结构和功能研究表明，PPIase中的关键酪氨酸残基（Tyr119）决定了BfUbb-PPIase结合特异性和随之而来的对BfUbb的菌株敏感性。BfUbb结合的PPIase经历了显著的构象变化，降低了它的酶和伴侣活性。在小鼠中进行的细菌共定植研究，结合人类肠道宏基因组分析，表明BfUbb有助于编码菌株在哺乳动物肠道中胜过敏感菌株。这些发现揭示了一种前所未有的细菌种内竞争的分子机制，并表明BfUbb是塑造人类肠道微生物组成的强有力的生态驱动因素。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41564-023-01541-5