キイロショウジョウバエの共生的な物理的ニッチは、複数の生物の安定した会合を調節する

Nature Communications volume 14、記事番号: 1557 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

腸は食事や環境からの多様な細菌によって継続的に侵入されていますが、マイクロバイオームの組成は哺乳類から昆虫に至るまでの宿主種において長期にわたって比較的安定しており、宿主特異的因子が重要な細菌種を選択的に維持している可能性があることが示唆されています。 宿主特異性を調査するために、ノトバイオティクス ショウジョウバエ、微生物パルスチェイス プロトコル、および顕微鏡を使用して、ハエの腸内のさまざまな細菌株の安定性を調査しました。 われわれは、宿主が前腸に構築した物理的ニッチが菌株レベルの特異性で細菌と選択的に結合し、細菌の定着を安定化させることを示す。 一次コロニー形成者はニッチを飽和させ、同じ株の二次コロニー形成者を排除しますが、ラクトバチルス種による最初のコロニー形成は、グリカンに富んだ分泌物の生成を通じてニッチを物理的に改造し、アセトバクター属の無関係な共生生物による二次コロニー形成を促進します。 私たちの結果は、複数種の腸内マイクロバイオームの確立と安定性を理解するためのメカニズムの枠組みを提供します。

宿主の健康は、腸内マイクロバイオームの構成、具体的にはどの種類の細菌が腸内を占拠しているかによって影響を受けます1、2、3、4、5。 マイクロバイオームは、日々の食生活の変動、病原体による侵入6、抗生物質による破壊7に直面しながらも確立され、維持されます。 多くの腸内常在細菌は、特定の種の代謝に一致する化学的環境に対応する腸の特定の領域に局在しています8。 特定のプロバイオティクス、すなわちラクトバチルス種はさらに、宿主の粘液と物理的に結合し、そのコロニー形成を安定化します9,10。 株レベルの多様性は数百から数千に及ぶため11、宿主が特定の株のセットをどのように選択して維持できるかは依然として謎のままです。 1 つの仮説は、食事と生活習慣の長期維持がマイクロバイオームの安定性を強化するというものであり 12、13、14、15、16、もう 1 つの非排他的仮説は、宿主が腸内に特定の共生細菌を獲得して隔離する物理的ニッチを構築するというものです 17。 18、19、20、21、22。

ショウジョウバエ、キイロショウジョウバエのマイクロバイオームは 1 世紀以上研究されており、哺乳類の腸内マイクロバイオームと比較するとその構成は比較的単純ですが 23、ハエの腸内マイクロバイオームの構築がどのように制御されているかは依然として不明です。 哺乳動物の結腸陰窩と同様に、ハエの腸は微好気性であり、ラクトバチルス綱およびプロテオバクテリア門の細菌が定着します22、24、25、26。 ハエは無菌で簡単に飼育でき、定義された細菌株と関連付けることで、高レベルの生物学的制御が可能になります27。 さらに、ハエの腸内微生物叢は多様性が低く、2 つの主要なグループから約 5 種の安定コロニーが存在します。ラクトバチルス属 (ファーミクテス門) で、最近ラクトバチルス属とレビラクトバチルス属に分割されました。もう 1 つはアセトバクター属 (クラス α-プロテオバクテリア) です 26,28。 。 これらの種は培養が容易で、遺伝的に扱いやすく 27 、ハエの寿命、繁殖力、発育に影響を与えます 29,30,31,32,33,34,35。 ハエの腸への定着は、餌の好み、免疫、消化などの宿主の濾過機構によって非特異的に制御されていると長い間主張されてきたが、最近の証拠は、ハエが野生でも乳酸菌や酢酸菌株を選択的に獲得する可能性があることを示唆している24,36。幼虫期にハエに栄養を与える可能性がある37。

今回我々は、ショウジョウバエの成体前腸内に、乳酸菌と酢酸菌の野生株が特異的に定着する物理的ニッチを発見した。 我々は、ニッチの空間的特異性、コロニー形成に対する細菌株の特異性、およびコロニー形成の安定性を特徴付けます。 細菌種が定着する順序を制御する優先効果を測定します。 最後に、物理的変化や細胞外マトリックスのグリコシル化など、細菌の定着者に対するニッチの反応を測定します。