神经外科

病原体寻找宿主细胞的"统计学"规律

作者:佚名 来源:MedSci梅斯 日期:2021-04-05
导读

         在细菌感染宿主的整个过程中,病原体如何正确定位宿主细胞一直以来是一个十分令人感兴趣,但同时没有得到清晰揭示的问题。以往研究推测趋化作用在这一过程中似乎起着十分重要的作用。在最近一项发表在《Nature Communications》杂志上的研究中,来自法国蔚蓝海岸大学(Universit Cte dAzur)的Fernando Peruani博士等人通过定量检测的方法揭示了沙门氏菌是如何精确定位

关键字:  病原体 

        在细菌感染宿主的整个过程中,病原体如何正确定位宿主细胞一直以来是一个十分令人感兴趣,但同时没有得到清晰揭示的问题。以往研究推测趋化作用在这一过程中似乎起着十分重要的作用。在最近一项发表在《Nature Communications》杂志上的研究中,来自法国蔚蓝海岸大学(Université Côte d’Azur)的Fernando Peruani博士等人通过定量检测的方法揭示了沙门氏菌是如何精确定位宿主肠上皮细胞的。通过结合实时显微成像以及数学建模手段,作者发现细菌的运动方式表现出手性特征,以及具有极强的主动速率波动属性,这与一般意义上的热运动是不同的。之后,作者还发现沙门氏菌并不会对宿主细胞展现出明显的偏好,其搜索特征更具备随机性。这一发现表明,对于沙门氏菌而言,其寻找宿主的过程并不依赖所谓的趋化反应,而是依赖于鞭毛运动带来的速率 “震荡” 特性。

        (图片来源:www.nature.com)

        首先,作者对野生型伤寒沙门氏菌SL1344在玻璃片上的运动特性进行了分析,于此同时,作者还比较了其与不具备趋化能力的突变株M935在受到宿主肠上皮细胞影响的情况下运动特点的差异。结果显示,在没有宿主细胞存在的情况下,无鞭毛的细菌展现出被动的随机扩散特征,其运动特性主要受热力学以及环境波动的影响。

        (图1,宿主细胞不存在条件下沙门氏菌的运动模式)

        进一步,作者展示了有鞭毛的细菌的扩散系数等运动特征。结果显示,有鞭毛的细菌展现出较大的扩散系数幅度变化,其具体数值在1-10000μm2/s之间。这一结果表明细菌的运动存在极高的速率波动。

        (图2,宿主细胞存在条件下沙门氏菌的运动模式)

        为了探究细菌在受宿主细胞影响的情况下的运动特征,作者比较了野生型细菌以及无趋化能力的突变体细菌在宿主细胞存在与否的情况下运动差异。结果显示,野生型细菌相比突变体细菌,其运动模式在没有宿主细胞存在的情况下并无差异,但是宿主细胞存在的情况下,野生型细菌展现出更高的速率波动特性。

        (图3,沙门氏菌运动模式以及感染能力相关性分析)

        最后,作者将其观察到的细菌运动模式以及随之建立的数学模型用于模拟实际感染。模拟结果显示,野生型细菌的较高速率波动幅度伴随着其感染能力的增强,这一模拟结果后续得到了实验的佐证。综上,作者通过定量生物学以及数学模型等手段揭示了沙门氏菌寻找宿主细胞的内在机制。(生物谷 Bioon.com)

        原始出处:Otte, S., Ipiña, E.P., Pontier-Bres, R. et al.Statistics of pathogenic bacteria in the search of host cells.Nat Commun12, 1990 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22156-6

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