蛾腸道細(xì)菌通過制造抗生素來(lái)保護(hù)其宿主
近一半的昆蟲都是食草動(dòng)物,但它們的飲食不僅僅是植物材料。在盛宴期間潛在有害微生物滑入并不罕見。在1月19日發(fā)表在細(xì)胞化學(xué)生物學(xué)上的一項(xiàng)研究中,研究人員報(bào)告說(shuō)這些昆蟲使用諷刺策略抵抗微生物感染。通常在棉葉蟲和其他飛蛾的腸道中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌物種分泌強(qiáng)大的抗菌肽,殺死競(jìng)爭(zhēng)者,同時(shí)保護(hù)宿主免受病原體侵害。
“長(zhǎng)期以來(lái)人們一直認(rèn)為天然腸道細(xì)菌是宿主防御的重要組成部分,但到目前為止,負(fù)責(zé)任的物種和分子機(jī)制尚未得到明確證實(shí),”浙江大學(xué)的第一作者Yongqi Shao說(shuō)。“我們證明昆蟲的進(jìn)化成功部分基于與腸道微生物的共生關(guān)系,腸道微生物與它們的宿主共同進(jìn)化了數(shù)百萬(wàn)年。”
昆蟲是地球上最大的動(dòng)物群,有超過一百萬(wàn)種已知物種。作為世界上最重要的食草動(dòng)物,昆蟲攝取通常在植物或周圍環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的微生物,但它們對(duì)感染具有顯著的抵抗力。在脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物
中越來(lái)越多的證據(jù)表明,腸道細(xì)菌可以保護(hù)宿主免受侵入的微生物的侵害。但是,很少發(fā)現(xiàn)具有這種保護(hù)作用的物種,這使得分子的作用機(jī)制不明確。
這個(gè)問題的一個(gè)線索來(lái)自馬克斯普朗克化學(xué)生態(tài)研究所的Shao和高級(jí)研究作者Wilhelm Boland正在研究棉花葉蛾(Spodoptera littoralis),它是溫帶地區(qū)最普遍的昆蟲食草動(dòng)物之一,并造成巨大的
經(jīng)濟(jì)損失。作物生產(chǎn)。他們注意到,在幼蟲發(fā)育期間,定植這種害蟲的腸道微生物的組成發(fā)生了顯著變化。雖然幼蟲居住著各種有毒的腸球菌,但較老的幼蟲以E. mundtii為主,很少被記錄為病原體
?;谶@些有趣的觀察,研究人員著手確定影響昆蟲發(fā)育過程中腸道微生物組成的因素。為此,他們從棉葉蟲幼蟲中分離出不同的腸球菌種,并檢查它們?nèi)绾蜗嗷ジ?jìng)爭(zhēng)。他們發(fā)現(xiàn)E. mundtii通過分泌
一種名為mundticin KS 的抗菌肽來(lái)抑制其他相關(guān)細(xì)菌的生長(zhǎng)。雖然這種毒素在幼齡幼蟲中檢測(cè)不到,但由于E. mundtii種群的擴(kuò)大,它們?cè)谳^老的幼蟲中大量增加,從而以驚人的效率塑造微生物組。
“抗菌藥物通過為E. mundtii提供競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)促進(jìn)共生,促進(jìn)其在腸道微生物組中的優(yōu)勢(shì),同時(shí)保護(hù)棉葉蟲免受病原體侵害,”Boland說(shuō)。“我們希望與產(chǎn)生抗生素的細(xì)菌的保護(hù)性聯(lián)系是昆蟲對(duì)抗微生
物入侵者的常見策略。”
在未來(lái)的研究中,研究人員將研究其他昆蟲物種中是否存在類似的機(jī)制,并尋找在宿主發(fā)育期間塑造微生物組的其他有毒化合物。最后,調(diào)查結(jié)果可能對(duì)農(nóng)業(yè)和健康產(chǎn)生廣泛影響。例如,抗菌肽可用
作食品防腐劑,了解土著腸道居民的作用可有助于開發(fā)針對(duì)食草害蟲的新型生物防治策略。
“我們的研究也為醫(yī)學(xué)研究提供了有趣的方法,”邵說(shuō)。“許多常規(guī)抗生素正面臨越來(lái)越多的抗藥性問題。作為進(jìn)化上保守的武器,細(xì)菌素作為傳統(tǒng)抗生素的替代品具有巨大的潛力。”
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