抗生素耐藥性質(zhì)?？梢栽谀c道中不同腸桿菌科之間傳播。本期經(jīng)典文獻(xiàn)解讀，為大家?guī)戆l(fā)表在Cell Host and Microbe上的研究成果，探索具有相似營養(yǎng)需求的腸桿菌科沙門氏菌群如何在同一腸道中共同繁殖及質(zhì)粒轉(zhuǎn)移。

期刊：Cell Host Microbe?

影響因子：30.3

發(fā)表時(shí)間：2023年7月

一、研究方法及思路

1、實(shí)驗(yàn)對象：鼠傷寒沙門氏菌的不同菌株（S.Tm-A: SL1344，S.Tm-B: ATCC14028），沙門氏菌病小鼠模型。

2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：S.Tm-A可以在S.Tm-B定植的腸道里繁殖，分析S.Tm-A與S.Tm-B碳代謝通路差異，分析了小鼠盲腸組織和腸系膜淋巴結(jié)中攜帶質(zhì)粒的沙門氏菌數(shù)量。

3、科學(xué)問題：?①S.Tm-A利用半乳糖醇作為替代碳源得以共存，其他糖是否有相同的功效？?②該現(xiàn)象在沙門氏菌的其他菌株中是否存在？?③在復(fù)雜微生物環(huán)境中，是否有此效應(yīng)？

二、主要研究成果

1

不同的S.Tm菌株共感染可以促進(jìn)質(zhì)粒轉(zhuǎn)移

為研究菌株水平差異在細(xì)菌共存和質(zhì)粒轉(zhuǎn)移中的作用，用兩種相同或不相同的S.Tm菌株(供體和受體)感染小鼠(圖1A)，發(fā)現(xiàn)使用非相同菌株組成的供體:受體對時(shí)，質(zhì)粒轉(zhuǎn)移能力更強(qiáng)(圖1B)。感染不同菌株可提高質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移能力，受體可以在高密度供體存在下從低數(shù)量繁殖。

為研究共定植現(xiàn)象，分別用S.Tm-A、S.Tm-B感染預(yù)先定植S.Tm-A的小鼠。發(fā)現(xiàn)當(dāng)小鼠被相同菌株感染時(shí)，豐度低的菌株不能在小鼠腸道中繁殖(圖1E)。相反，在非相同菌株對中，豐度較低的菌株能夠顯著擴(kuò)張(圖1F)。菌株水平的差異使得第二個(gè)S.Tm菌可以在小鼠腸道繁殖，從而促進(jìn)沙門菌菌株之間的抗生素耐藥質(zhì)粒轉(zhuǎn)移。

2

S.Tm-A和S.Tm-B和碳代能力不同

BLAST兩種菌的基因組與質(zhì)粒序列。染色體高度同源(圖2A)，重點(diǎn)關(guān)注非同源部分，觀察到與碳代謝有關(guān)的基因存在差異(圖2B)。

3

菌株特異性利用不同的碳源使得兩種菌可以共存

利用半乳糖醇作為碳源是腸桿菌科菌株特異性特征。使用半乳糖基因缺失的突變體S.Tm-A（S.Tm-A DgatABC）驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)S.Tm-A可以利用半乳糖醇作為碳源，同樣的實(shí)驗(yàn)證明S.Tm-B不可以。在S.Tm-B定植的腸道中，S.Tm-A可以繁殖，S.Tm-A DgatABC不能；沒有S.Tm-B定植的腸道中，兩者都可以繁殖。說明半乳糖醇是一種環(huán)境依賴性碳源，只有在生態(tài)位被具有相似代謝能力的菌株占據(jù)的條件下，半乳糖醇才會被首選。S.Tm-A利用半乳糖醇作為替代碳源得以共存。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，在飲食中添加一種只能被少數(shù)S.Tm菌株使用的獨(dú)特碳源，會促進(jìn)該菌株在腸道中（被無法利用該碳源的菌定植）擴(kuò)張。

4

添加獨(dú)特的碳源可促進(jìn)質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移

用大量S.Tm-B侵染被S.Tm-A定植的小鼠，在小鼠飲用水中含有1%半乳糖醇，可明顯促進(jìn)質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移（圖5A-D）。

將供體換成大腸桿菌，可以得出相同的結(jié)論（圖5E-G）。將碳源換成阿拉伯糖，可以得出相同的結(jié)論（圖5H-J）。說明菌株特異性地利用一種獨(dú)特的碳源(半乳糖醇或阿拉伯糖)不僅使兩種S.Tm菌株能夠高密度共存，而且還可以促進(jìn)腸道中抗生素耐藥質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移。這一效應(yīng)可推廣到其他腸桿菌（如大腸桿菌）。

5

在特定微生物群中，半乳糖醇同樣促進(jìn)兩種S.Tm菌株的共存及質(zhì)粒轉(zhuǎn)移

進(jìn)一步探究在自然感染中，微生物群的存在是否會影響菌的共生以及質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移。實(shí)驗(yàn)證明在穩(wěn)定定植有特定微生物群 (OligoMM12) 的小鼠中，補(bǔ)充半乳糖醇同樣促進(jìn)兩種 S.Tm 菌株的共存并促進(jìn)質(zhì)粒轉(zhuǎn)移（圖6）。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1、菌株特異性使離散的沙門氏菌菌株能夠在小鼠腸道中共同繁殖，且在與其他菌株共殖期間，可以利用半乳糖醇或阿拉伯糖；

2、單碳的使用促進(jìn)了不同腸桿菌科菌株之間的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移，且碳代謝利用差異的腸桿菌科菌群能夠在腸道內(nèi)共生；

3、使用獨(dú)特碳源可促進(jìn)抗生素耐藥性質(zhì)粒在小鼠腸道中的轉(zhuǎn)移，碳代謝能力可能是控制抗生素耐藥性質(zhì)粒在腸道中傳播的潛在靶標(biāo)。

閱讀原文

Differences in carbon metabolic capacity fuel coexistence and plasmid transfer between Salmonella?strains in the mouse gut.Cell Host & Microbe,2023