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Drosophila melanogaster의 공생 물리적 틈새는 다중의 안정적인 결합을 조절합니다

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Drosophila melanogaster의 공생 물리적 틈새는 다중의 안정적인 결합을 조절합니다

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Nature Communications 14권, 기사 번호: 1557(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

장은 식단과 환경의 다양한 박테리아에 의해 지속적으로 침입하지만, 미생물군집 구성은 포유류에서 곤충에 이르는 숙주 종에 대해 시간이 지남에 따라 상대적으로 안정적이며, 이는 숙주 특정 요인이 주요 박테리아 종을 선택적으로 유지할 수 있음을 시사합니다. 숙주 특이성을 조사하기 위해 우리는 gnotobiotic Drosophila, 미생물 펄스 추적 프로토콜 및 현미경 검사법을 사용하여 파리 장에서 다양한 박테리아 균주의 안정성을 조사했습니다. 우리는 숙주가 구축한 전장의 물리적 틈새가 균주 수준 특이성으로 박테리아를 선택적으로 결합하여 식민지화를 안정화한다는 것을 보여줍니다. 1차 식민지화자는 틈새를 포화시키고 동일한 균주의 2차 식민지화를 제외하지만 락토바실러스 종에 의한 초기 식민지화는 글리칸이 풍부한 분비물 생성을 통해 틈새를 물리적으로 리모델링하여 아세토박터 속의 관련 없는 공생체에 의한 2차 식민지화를 선호합니다. 우리의 결과는 다양한 종의 장내 미생물군집의 확립과 안정성을 이해하기 위한 기계적 틀을 제공합니다.

숙주의 건강은 장내 미생물군집의 구성, 특히 장을 차지하는 박테리아의 종과 계통에 ​​의해 영향을 받습니다1,2,3,4,5. 미생물군집은 일상적인 식단의 변동, 병원균의 침입6, 항생제에 의한 방해7에 직면하여 확립되고 유지됩니다. 많은 장내 상주 박테리아는 특정 종의 대사와 일치하는 화학적 환경에 해당하는 장의 특정 영역에 국한됩니다8. 특정 프로바이오틱스, 즉 락토바실러스(Lactobacillus) 종은 추가로 숙주 점액과 물리적 부착을 형성하여 군체 형성을 안정화시킵니다9,10. 수백에서 수천에 이르는 균주 수준의 다양성으로 인해 숙주가 특정 균주 세트를 선택하고 유지할 수 있는 방법은 여전히 ​​수수께끼입니다. 한 가지 가설은 식이 요법과 생활 습관의 장기적인 유지가 미생물군집 안정성을 강화한다는 것입니다12,13,14,15,16. 또 다른 비배타적 가설은 숙주가 특정 공생 박테리아를 획득하고 격리하는 물리적 틈새를 장에 구성한다는 것입니다17, 18,19,20,21,22.

초파리의 미생물군집인 Drosophila melanogaster는 100년 넘게 연구되어 왔으며 포유류 장내 미생물군집에 비해 구성이 상대적으로 간단하지만23 파리 장내 미생물군집이 어떻게 조절되는지는 아직 불분명합니다. 포유류 결장 선와와 유사하게, 파리 장은 미세호기성이며 Lactobacillales 클래스 및 Proteobacteria 문22,24,25,26의 박테리아에 의해 집락화됩니다. 파리는 무균으로 쉽게 사육될 수 있으며 정의된 박테리아 균주와 연관되어 높은 수준의 생물학적 통제를 제공합니다. 더욱이, 파리 장내 미생물 군집은 다양성이 낮습니다. 최근 락티플란티바실러스(Lactiplantibacillus)와 레비락티바실러스(Levilactibacillus)로 분리된 락토바실러스 속(퍼미쿠테스 문)과 아세토박터(클래스 α-프로테오박테리아)26,28라는 두 가지 기본 그룹의 안정적인 식민자가 ~5종 있습니다. . 이 종은 쉽게 배양되고 유전적으로 다루기 쉬우며 파리 수명, 번식력 및 발달에 영향을 미칩니다. 파리 내장의 군집화는 섭식 선호도, 면역성 및 소화를 포함한 숙주 필터링 메커니즘에 의해 비특이적으로 규제된다고 오랫동안 주장되어 왔지만, 최근 증거에 따르면 파리는 야생에서 선택적으로 Lactobacillus 및 Acetobacter 계통을 획득할 수도 있습니다. 애벌레 단계 동안 파리에게 영양을 제공할 수 있습니다.

여기에서 우리는 락토바실러스(Lactobacillus)와 아세토박터(acetobacter)의 야생 균주에 의해 특별히 식민지화되는 성체 초파리 전장 내에서 물리적 틈새를 발견합니다. 우리는 틈새 시장의 공간적 특이성, 식민지화에 대한 세균 균주 특이성 및 식민지화의 안정성을 특성화합니다. 우리는 박테리아 종이 식민지화되는 순서를 조절하는 우선 순위 효과를 측정합니다. 마지막으로, 우리는 세포외 기질의 물리적 변화와 글리코실화를 포함하여 박테리아 식민지화에 대한 틈새 시장의 반응을 측정합니다.

90% over the first 5 d, from ~104 to ~103 CFUs/fly, and then remained at ~103 CFUs/fly for the following 5 d (Fig. 2C), indicating a small, bound population with little turnover and a larger associated population with a half-life of 2.5 d (95% confidence interval (c.i.) 1.6–4.3 d). By contrast, LpWCFS1, a weakly-colonizing human isolate of L. plantarum, was quickly flushed from the gut (Fig. 2C). Similar dynamics were observed in Ai (Fig. 2C, S3H) with a half-life of 2.5 d (95% c.i. 1.3–6.5 d), indicating that the niche has equivalent kinetics for both bacterial species./p>5% colonization within each of the delineated regions is reported as a percentage for each of the regions as follows: crop, crop duct, proventriculus, midgut, hindgut./p>