生物通报道 来自云南大学、中科院昆明动物研究所的研究人员证实,定居肠道的细菌通过生成一氧化氮(NO)促进了线虫的天然免疫。这一研究发现发布在2月16日的《Cell Reports》杂志上。

云南大学的张克勤(Ke-Qin Zhang)教授及邹成钢(Cheng-Gang Zou)教授是这篇论文的共同通讯作者。邹成钢教授现主要从事代谢疾病和微生物-宿主相互作用的分子机制研究。张克勤则主要从事食线虫菌物、微生物分子生物学和基因与蛋白组学方面的研究,在Nat Commun, pNAS等刊物发表SCI论文160余篇,获多项科学进步奖奖励。

2010年,张克勤教授在pNAS杂志上发表封面文章,解答了细菌侵染线虫过程中的重要问题,提出了捕食关系中细菌的致病机理,这有助于科学家们进一步了解微生物侵染宿主机制,也对于研制新型生物防治方法具有重要意义(云南大学教授发pNAS封面文章解析侵染机制 )。

2014年8月,张克勤教授领导云南大学的研究人员证实,在绿脓杆菌的感染过程中自噬保护线虫对抗了坏死(necrosis)。研究结果揭示出了自噬从前未知的一种作用,其保护对抗了致病细菌触发的坏死。在线虫中发现的这一自噬功能有可能通过炎症反应保守存在于各种生物体中。这一研究发现再度发表在pNAS上(云南大学首席科学家pNAS发表自噬研究成果)。

2014年12月,张教授揭示出了生物世界中一种有趣的“借刀杀敌”现象,证实细菌可通过动员捕食线虫真菌来杀死自己的捕食者——线虫。相关论文发表Nature Communications杂志上。这项研究提供了捕食者与猎物之间多重相互作用的一个显著例子,证实了这种多重相互作用在调控自然界的组成和群体动态中发挥重要的作用(云南大学首席科学家Nature子刊:生物世界中的“借刀杀敌” )。

在这篇最新的Cell Reports文章中,张克勤教授、邹成钢教授及合著者们指出,肠道中许多的共生菌有益于宿主免疫系统,但目前对于其潜在的机制仍不清楚。利用免培养Illumina MiSeq测序平台测序细菌16S rRNA基因的扩增子,研究人员证实秀丽隐杆线虫肠道中的细菌多样性不同于土壤中。在这些细菌中,枯草杆菌 (Bacillus subtilis)是线虫肠道中最重要的物种。

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他们证实枯草杆菌通过生成NO赋予了线虫对绿脓杆菌、沙门氏菌和粪肠球菌等致病菌感染的抵抗力。删除编码一种NO合成酶的nos基因,可降低这种保护效应。NO通过激活线虫中保守的p38丝裂原活化蛋白激酶(MApK)促进了对绿脓杆菌pA14的天然免疫反应。

这项研究工作提供了一个共生菌对抗病原菌的范例,证实了共生菌在宿主免疫中所起的重要作用。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Gut-Colonizing Bacteria promote C. elegans Innate Immunity by producing Nitric Oxide

Many commensal bacteria in the gut are beneficial to the host immune system, but the underlying mechanisms are largely unclear. Using culture-independent Illumina MiSeq sequencing of the bacterial 16S rRNA gene amplicons, we show that bacterial diversity in the intestine of Caenorhabditis elegans, the free-living nematode, is distinct from that in soil. Of these bacteria, Bacillus subtilis is the most prominent species in the worm gut. We demonstrate that B. subtilis confers worm resistance to infection by pathogenic bacteria, such as pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica, and Enterococcus faecalis, by producing nitric oxide (NO). Deletion of the nos gene, which encodes an NO synthase, reduces the protective effect. NO promotes innate immune responses to p. aeruginosa pA14 by activating a conserved p38 mitogen protein kinase (MApK) in C. elegans. Our work provides an example of antagonism of commensal bacteria against pathogens and illustrates the importance of commensal bacteria in host immunity.

作者简介:

张克勤

1982年本科毕业于贵州农学院植物保护系,1989年获理学硕士学位,1998年获中国农业大学博士学位,师从裘维蕃院士。1995年破格晋升为教授。先后任贵州农学院植病教研室主任、植保系系主任、贵州大学校长助理、省青年联合会副主席等。1998年作为云南省一层次人才引进到云南大学,工作至今。现任云南大学副校长,兼理科学术委员会主任、省部共建生物资源保护与利用国家重点实验室培育基地主任、《云南大学学报》主编、《Recent patents in Biotechnology》编委、《Mycology》编委、《真菌学报》编委、遗传资源与进化国家重点实验室和真菌学国家重点实验室学术委员会委员等。

张克勤教授作为通讯作者在Nat Commun, pNAS,pLoS pathog,JACS等刊物发表SCI论文161篇,引用达2806次,他引1970次,并作为第一获奖人分别获国家科技进步二等奖1项、省部级自然科学和科技进步一等奖6项、中国专利局中国专利金奖1项、国家发明专利授权49项。此外,张克勤教授还先后获何梁何利奖、全国优秀教师奖等具有重要影响力的奖项。

邹成钢

云南大学生命科学学院教授、博士生导师,云南大学引进人才,云南省学科和学术带头人。2001年获澳大利亚新英格兰大学(UNE)医学生物学专业博士学位;2001年11月-2004年6月在美国内布拉斯加大学林肯分校(UNL)生物化学系完成博士后研究后,2004年8月到云南大学生命科学学院工作。现主要从事代谢疾病和微生物-宿主相互作用的分子机制研究。以第一或通信作者在pNAS、Nat Commun、J Biol Chem、pLoS pathog、Environ Microbiol、J Immunol、Endocrinology、Am J pathol、Antioxi Redox Signal等国际知名生物医学刊物发表SCI论文26篇,影响因子超过125,这些文章SCI他引超过400次。主持和完成国家自然科学基金项目5项、科技部973前期和教育部重点基金项目各1项。