8213_8402공생 박테리아나는 그것 없이는 살 수 없다잠자리 악취 버그에서 공생 박테리아를 제거합니다 대신빠른 진화 대 하 라이브 바카라를 감염시킴으로써 그리고 몇 개월에서 1 년의 짧은 기간 내에 실험실을 지속적으로 유지합니다넓은 면적 전사 제어 시스템단일 돌연변이라이브 바카라은 호스트 악취 버그의 생존을 지원합니다필수 공생 박테리아로 진화 할 수 있음이 밝혀졌습니다
이 연구는 숙주 생존에 필수적인 공생 미생물의 진화가 이전에 생각했던 것보다 더 빠르고 쉽게 발생할 수 있음을 보여 주었다 분자 생물학에서 가장 연구 된 모델 박테리아 인 E coli가 공생 박테리아로 진화 할 수 있다는 것은 획기적인 사실입니다 이것insects-escherichia coli 실험 공생 진화 시스템를 사용함으로써, 공생 진화의 과정과 메커니즘에 대한 이해는 향후 극적으로 향상 될 것으로 예상된다
이 연구 결과는 2022 년 8 월 4 일 (영국의 주간)에 발표 될 것입니다자연 미생물학"
공생 진화 전후에 라이브 바카라 및 성인 독일 악취 버그가 감염된 라이브 바카라
진화 전, 라이브 바카라이 길고 감염된 곤충의 고도가 길고 낮고 낮은 고도가 길고, 그 몸은 작고 갈색이지만 (왼쪽), 진화 후 라이브 바카라은 더 짧아서 감염된 곤충의 고도는 개선되고 신체는 크고 녹색입니다 (오른쪽)
인간을 포함한 동물과 식물 사이의 공생 관계에 대한 연구가 국제적으로 상당한 진전을 이루고 있지만, 거의 모든 이전 연구는 기존의 매우 공생적인 관계에 중점을 두었습니다 그러나, 전문화 된 공생 미생물이 아무리 고도로 고도로하더라도, 처음에는 자신의 자유 생활을했을 것입니다 공생 관계가 어떻게 시작되고 결국 확립 되었는가? 특히 숙주 유기체의 생존에 필수적인 것처럼 정교합니다공통성진화론 적 관계의 기원은 필수적이고 설명 할 수없는 문제입니다 그러나 경험적 연구는 먼 과거에 일어난 진화 적 사건이기 때문에 어려운 것으로 간주되었습니다
최근 몇 년 동안, 회사는 실험실 분야에서 실시간으로 진화 적 과정과 메커니즘을 공개하려고 노력해 왔으며, 주로 미생물을 대상으로합니다실험 진화"는 자주 수행되고 있습니다 이것은 항생제 저항성, 고온 저항성, 감소/향상된 숙주 감염성 및 병원성과 같은 진화 과정을 복제하고 이해하기위한 이니셔티브입니다 그러나, 일반적으로 전달하기 어려운 미생물을 진화시키는 것이 어려운 것으로 간주됩니다
AIST의 생물학적 프로세스 연구 부서는 곤충에 중점을 둔 연구, 지상 생태계의 생물 다양성의 주요 역할 및 신체에 살고 진보 된 생물학적 기능을 수행하는 미생물에 중점을 둔 연구를 진행하고 있습니다 특히, 농업 해충으로 중요한 악취 벌레의 장 공생 박테리아와 관련하여 "AIST : 바카라 사이트 추천 박테리아에"(2007 년 6 월 13 일 발표),"AIST : 해충이 살충제에 내성을 만드는 공생"(2012 년 4 월 24 일 발표)"AIST : 곤충과 박테리아의 바카라 추천에서 폴리 에스테르의"(Aisode Publishing Press, 2013 년 6 월 11 일)와 같은 연구 결과가 있습니다 특히"AIST : 환경 박테리아에서 발전하는 안전한"(2016 년 1 월 11 일 발표)는 일본의 독일 악취 버그에서 장의 공생 박테리아의 다양성을 밝혀 내고 다양한 공생 박테리아 제거 및 재감염 실험을 수행했습니다 이들 중에서도 라이브 바카라을 포함한 비 기생충 박테리아를 사용한 감염 실험을 수행하려는 시도는이 결과를 포함 하여이 연구 결과가 시작되었습니다
이 연구 및 개발은 국립 과학 기술 연구소 (National Institute of Science and Institute of Science and Technology)의 Erato Fukatsu Symbiosis and Evolution 조직 프로젝트 (2019-2024)의 지원으로 수행되었습니다
독일 악취 버그의 후방 위장관 (그림 1A)이 특화되어 있습니다콤오 틱 오르간입니다 (그림 1b), 내부에는 공생 박테리아가 있습니다 (EnterabacteriaceaePantoea속)를 소유합니다 (그림 1c) 이 공생 박테리아는 유충의 성장에 필수적이며, 어머니가 알을 낳을 때, 공생 박테리아가 난자 표면에 적용되고, 부화 된 유충은 계란 표면을 빨아 공생 박테리아를 얻습니다 (그림 1D) 공생 박테리아에 감염된 유충은 정상적으로 발생하며 육종 조건에서 일반적으로 약 80%가 나타나 녹색 성인이됩니다 (그림 1A) 반면에, 공생 박테리아에 감염되지 않은 유충이 실험적으로 달걀 표면을 멸균하여 실험적으로 생성 될 때, 유충은 성장이 현저히 느려지고 대부분은 성인이되지 않고 죽습니다
계란 표면에 멸균 된 알에서 멸균 유충이 부화되었을 때, 라이브 바카라이 흡수 된 물이 흡수되었고, 성장이 크게 지연되었지만, 소수 (약 5-10%) 만 나타 났지만 소수의 성인은 비정상적인 갈색 신체 색상을 나타 냈습니다 (2A) 공생 장기는 무색이었고 저개발 (그림 2b),물고기 방법로 확인했을 때, 라이브 바카라은 그 안에 감염되었고, 국소화는 공생 박테리아의 것과 유사 하였다 (도 2C) 이 성인 중 일부는 작은 수의 알을 낳기 위해 짝을 이루지 만 표면은 라이브 바카라으로 코팅되었고 (그림 2D), 라이브 바카라을 획득하기 위해 계란 표면에 부화 된 유충이 빨려 들어갔습니다
그림 1 공생 박테리아에 감염된 일반 독일 악취 버그
(a) 정상적인 성인 배아 속도는 약 80%이며 녹색입니다 (b) 제거 된 위장관 노란색 공생 장기는 후 끝에서 발생합니다 (c) 물고기 방법에 의한 공생 박테리아의 검출 그것은 공생 기관에 국한되어 있습니다 (d) 계란 표면에 적용되는 공생 박테리아를 빨고 빨아 들여 획득하는 부화 유충
그림 2 : 공생 박테리아를 제거하는 대신 라이브 바카라에 감염된 독일어 악취 버그
(a) 신흥 성인 대부분은 애벌레 단계에서 사망하며, 출현 속도는 약 5-10%이며 몸은 작아지고 몸은 비정상적인 갈색이됩니다 (b) 제거 된 위장관 후 끝의 공생 장기는 무색이며 얇고 개발되지 않았습니다 (c) 물고기 방법에 의한 라이브 바카라의 검출 그것은 공생 박테리아와 마찬가지로 공생 기관에 국한됩니다 (d) 계란 표면에 코팅 된 라이브 바카라의 형광 현미경 이미지
라이브 바카라은 원래 인간과 같은 포유 동물의 내장에 주로 살고있는 박테리아이며 악취 버그와 관련이 없어야합니다 그럼에도 불구하고 불완전하지만, 악취 버그와 공존하고 생존을 지원하는 최소한의 능력이있는 것으로 밝혀졌습니다 이 유형의 라이브 바카라이 악취 벌레에 감염되어 공생 박테리아로 진화하기 위해 지속적으로 심었습니까?
실험적 진화 방법은 라이브 바카라을 악취 버그의 공생 박테리아로 진화시키는 것으로 생각되었다 그러나 라이브 바카라이 단순히 악취 버그에 감염되어 제자리에 유지 되더라도 라이브 바카라에서 공생 진화가 쉽게 발생할 것으로 예상하기가 어렵습니다 따라서, 우리는 고속 진화 라이브 바카라을 사용하기로 결정했습니다DNA 불일치 복구 유전자 Muts| 삭제됩니다필수 요금약 100 번 상승했고 분자진화 속도약 100 번 가속합니다 이에 따라, 다양한 특성의 진화 속도는 가속화 될 것으로 예상된다 라이브 바카라으로 섭취 한 악취 벌레의 멸균 유충을 높이고 유지함으로써, 우리는 성장 속도가 선택된 실험적 진화 시리즈 (가장 초기에 나타난 성인의 공생 기관과 그 안에있는 라이브 바카라이 접종/동결)와 실험적 인 색상이 선택된 (심각한 조직이 선택된 것)를 만들었습니다 추출되고, 그 안에 라이브 바카라이 다음 세대로 접종/동결 된) 저장됩니다 (그림 3) 비교를 위해, 우리는 야생형 라이브 바카라에 감염된 악취 버그에 대한 진화 시리즈를 만들었습니다
그림 3 공생 진화 실험의 설계
12 시리즈의 신체 색상 선택 진화의 대상 11 시리즈와 7 개의 성장률 선택 시리즈의 7 시리즈, 호스트 악취 버그는 약 2 년 동안 10 세대 이상 보관되었습니다 결과적으로, 배아 속도 (30-80%)의 상당한 증가 (30-80%)는 7 세대 (약 1 년 및 2 개월 후)에서 신체 색상 선택 진화 시리즈 (CML05) 중 하나와 2 세대 (약 2 개월 후)의 성장률 선택 시리즈 (GML07)에서 관찰되었습니다 이러한 진화 시리즈에서, 출현 속도가 증가함에 따라, 악취 버그의 신체 크기가 성장하는 경향이 있고 그들의 신체 색은 정상 녹색에 접근한다 (그림 4의 상단) 그러한 라이브 바카라콩고 레드 함유 한천 매체와 함께 배양 할 때, 공생 진화 전에 큰 붉은 식민지가 형성되었고, 공생 진화 후 작은 백색 식민지세포 외 매트릭스의 생산 유의하게 감소되었습니다 (그림 4의 바닥)
그림 4 : 라이브 바카라 및 식민지 형태의 공생 진화 라이브 바카라에 감염된 호스트 독일어 악취 버그의 외관
숙주 악취 버그의 신체 크기 및 녹색의 증가 및 라이브 바카라 식민지의 세포 외 매트릭스 생성의 감소가 관찰되었다
이 라이브 바카라이 액체 중간 중간에서 배양되고 다양한 특성을 검사했을 때, 성장 속도가 감소하고 (도 5A), 세포 크기가 감소되었고 (도 5B) 및flatum motility의 손실 | (도 5C), 세포 형태의 불안정화 (도 5D) 및 증가 된 호스트 내 감염 밀도가 관찰되었다
그림 5 : 라이브 바카라의 공생 진화 전후의 변화
독립 진화 시리즈 (CML05, GML07), (a) (a) 성장률 감소 (12 시간 액체 배양에서 박테리아 부하의 증가율), (b) 세포 크기의 소형화 (박테리아의 위상 대조 미세 이미지) 세포 형태의 불안정화 (원래 Bacilli는 비록 Coccus-like forphology 및 상당한 소형화를 나타냅니다)
공생 진화 및 비 진화 시퀀스의 라이브 바카라에 대한 발현rnaseq method를 사용한 광범위한 조사 유전자 발현 패턴은 공생 진화 전후에 및 특정 경향으로 크게 변화되었다는 것을 밝혀냈다 또한, 진화 시리즈 라이브 바카라 모두에 대해, 각 숙주 생성으로부터의 라이브 바카라의 전체 게놈 서열이 도시되어있다차세대 시퀀서> 공생 진화로 나온 게놈에서 14973_15009 |기능 돌연변이 손실| 포괄적으로 분석되었습니다 결과적으로, 후보 원인 유전자는 신체 색상 선택 진화 시리즈 CML05아데 닐 레이트 시클 라제 유전자 (CYAA)그러나 성장 속도 선택 진화 시리즈 GML07CAMP 수용체 단백질 유전자 (CRP)확인되었습니다 이들 유전자는 라이브 바카라 및 기타 박테리아에 의해 주변 탄소 공급원 (일반적으로 포도당)의 고갈을 감지하고 다른 탄소원 (예 : 갈락토스, 말토 토스 등)의 사용을 위해 유전자 발현 패턴을 상당히 전환하기 위해 사용될 수있다탄소 이화 산물 억압|"와 관련된 광역 전사 제어 시스템의 중요한 구성 요소입니다
이들 유전자가 라이브 바카라 공생 진화를 담당하는 유전자인지 확인하기 위해, 우리는 야생형 라이브 바카라 CyAA 유전자와 CRP 유전자에서만 유사한 돌연변이가 도입되는 선을 만들었다 그런 다음 식민지는 더 작고 백인이되어 세포 크기의 감소와 편모 운동성의 손실을 재현했습니다 또한, 악취 벌레의 멸균 유충에 의해 섭취되면, 출현 속도의 증가, 신체 크기 증가 및 녹색 신체 색상이 재현되었다 (도 6) 다시 말해, 라이브 바카라은 환자가 포도당에 굶주릴 때에도 신진 대사 전환을 방지하는 단일 돌연변이를 유발함으로써 악취 벌레의 생존을지지하는 필수 공생 박테리아가되는 것으로 나타났습니다
그림 6 돌연변이로 인한 공생 진화를위한 원인 유전자의 증거 야생형 라이브 바카라에 대한 소개
숙주 악취 버그의 멸균 유충에 의해 섭취되면, 높은 출현 속도, 신체 크기 증가 및 신체 색의 녹색을 포함하여 공생 진화 라이브 바카라에 감염된 숙주 악취 버그와 유사한 표현형이 관찰되었다
이 결과는 라이브 바카라의 게놈에 하나의 돌연변이 만 입력되면 독일 악취 벌레의 공생 기관 내에서 유지 될 수있는 견고한 공생 박테리아가 될 수 있으며 생존과 생식을 지원하는 필수 공생 박테리아가 될 수 있음을 보여줍니다 이전에는 숙주 유기체의 생존에 필수적인 의사 소통 박테리아의 진화는 그다지 쉽게 발생하지 않지만,이 연구 결과는 기존의 지혜를 뒤집고 공생 진화가 잠재적으로 쉽고 쉽게 발생할 수 있음을 보여줍니다 일반적인 박테리아 인 E coli가 그러한 간단한 전달 가능한 박테리아로 진화 할 수 있다는 것은 놀라운 일입니다 반면에, 본질적으로, 다양한 곤충과 다른 유기체는 다양한 미생물과 상호 유익한 관계를 가지고 있습니다 미생물과의 상호 공존 관계가 보편적이고 다양한 이유는 공생 진화를 확립하는 장애물이 놀랍게도 높지 않다는 사실을 반영하기 때문입니다 이 지식은 우리가 진화에 대한 전통적인 견해를 다시 생각하고 영향을 미칩니다 라이브 바카라은 풍부하고 정교한 생물학적 정보, 유전자 자원 및 분자 생물학적 기술을 갖춘 가장 연구 된 모델 유기체 중 하나입니다 이 연구에서 확립 된 곤충 라이브 바카라 실험 공생 진화 시스템을 사용함으로써, 공생 진화의 과정과 메커니즘에 대한 이해는 향후 크게 향상 될 것으로 예상된다
라이브 바카라의 특정 메커니즘은 탄소 이화물 억제 시스템이 공생 박테리아가되도록하는 돌연변이로 인해 공생 박테리아입니다 예를 들어, 오늘날 확인 된 원인 유전자 중 하나 인 CRP 유전자의 생성물은 CAMP에 결합하여 광범위한 전사 조절제로 작용하여 수백 개의 유전자의 발현을 증가 시키거나 감소시켜 대사 전환을 유발합니다 검색은 멸균 유충을 섭취함으로써 라이브 바카라 악취 버그의 돌연변이 라이브러리를 선별함으로써 수행된다
라이브 바카라의 공생 박테리아와 관련된 다양한 다른 유전자가있을 것으로 예상됩니다 우리는 이미 악취 버그의 출현 속도를 크게 개선했지만 식민지 모양의 변화를 나타내지 않는 다중 공생 진화 라이브 바카라 균주를 이미 얻었으며, 기능을 계속 분석하고 곤충 -E를 계속 수행 할 것입니다 라이브 바카라 공생 진화 실험은 더 큰 규모입니다
라이브 바카라은 원래 인간 및 생쥐와 같은 포유 동물의 장 박테리아입니다 최근 몇 년 동안, 생식선 마우스를 접종하여 라이브 바카라에 의해 제조 하였다노토 비오 마우스또한 적극적으로 수행되고 있습니다 우리는 이미 곤충 라이브 바카라 실험 공생 공생 진화 시스템과 마우스-에스셔 콜록 라이브 바카라 실험 공생 진화 시스템을 결합한 진화 실험을 시작했으며, 비동자 상징적 메커니즘과 그러한 접근 방식의 척추 동물 사이의 차이와 공통점을 추구 할 계획입니다
게시 된 잡지 :자연 미생물학
종이 제목 : 단일 돌연변이 제작라이브 바카라단열재 상호 주의자
저자 : Ryuichi Koga, Minoru Moriyama, Naoko Onodera-Tanifuji, Yoshiko Ishii, Hiroki Takai, Masaki Mizutani, Kohei Oguchi, Reiko Okura, Shingo Suzuki, Yasuhiro, Tituahihiro, Totuahihiro Seki, Yutaka Suzuki, Yudai Nishide, Takahiro Hosokawa, Yuichi Wakamoto, Chikara Furusawa, Takema Fukutsu
doi : 101038/s41564-022-01179-9-9