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题目：Clostridioides difficile ferrosome organelles combat nutritional immunity

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年11月15日

通讯作者单位：范比尔特大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06719-9

主要内容：

艰难梭菌可以形成称为铁质体的铁储存细胞器。这些保护细菌免受铁毒性，并通过对抗宿主的铁封存防御机制来促进感染。

铁是几乎所有生物体的必需营养素。然而，过量的铁是有毒的，因为它会促进有害氧自由基和蛋白质二金属化的形成（金属与蛋白质的错误结合）。细菌已经开发出复杂的铁吸收、储存和输出系统，以维持铁平衡并在不同的生态位中茁壮成长。铁质体是膜结合的细胞器，含有磷酸铁颗粒，可能作为在某些细菌中储存铁的机制，并且已在三种环境细菌中鉴定出铁小体形成所需的基因。然而，铁体形成的分子基础、铁体的功能以及细菌病原体是否产生铁体在很大程度上仍然未知。因此，我们着手研究艰难梭菌（一种人类肠道病原体）中的铁小体系统，并阐明其在艰难梭菌感染期间对细胞生理学和发病机制的影响。

确定铁小体系统的生理功能并不简单。铁质体可以在低铁条件下促进厌氧生长（即在没有氧气的情况下生长）。我们发现，在艰难梭菌中，编码铁小体系统的基因在铁含量有限时高度表达;然而，在铁过量或短缺期间，铁体在促进生长方面没有明显的作用。我们尝试了许多生长条件，发现在从缺铁到缺铁的过渡过程中，铁小体在维持铁稳态方面起着至关重要的作用（图1）。我们的研究结果表明，铁的缺乏会诱导编码铁小体系统的基因的表达。这是为了准备当细菌（一直生活在低铁环境中，因此一直在产生高亲和力的铁输入系统）过渡到充满铁的环境时发生的铁过载。铁小体系统的诱导使艰难梭菌具有有效储存铁的能力，并作为对短暂性铁毒性的防御机制。同时，它使细菌能够储存铁，以便在铁供应不足的时期使用。

艰难梭菌的发病机制依赖于其获取必需金属营养物质（尤其是铁）的能力，以支持其定植和复制。为了研究铁质体对艰难梭菌感染的贡献，我们使用了几种小鼠模型，检查了感染期间铁体系统的体内表达动态，并量化了哺乳动物宿主（小鼠和艰难梭菌感染者）肠道中的金属浓度。我们还检查了宿主的铁限制反应;这种反应被称为营养免疫，是一种针对感染的防御措施，其中宿主隔离可用的金属营养物质以防止病原体获得它们。我们的数据表明，艰难梭菌亚铁小体系统在体内被激活，与宿主铁隔离竞争，对细菌定植和感染期间的存活很重要。

这项研究可能会引起多个领域的兴趣，包括微生物学、纳米技术和生化工程，因为铁小体可用于开发用于药物递送的金属纳米颗粒。病原菌中铁小体的这一发现有可能重塑科学家对感染期间宿主-病原体相互作用以及厌氧微生物如何储存微量元素的理解。它还可以揭示肠道微生物如何适应宿主中金属营养物质水平的波动。

检测满载铁颗粒的铁质体的膜结构具有挑战性，主要是因为来自铁颗粒的信号掩盖了来自膜的信号。此外，大多数艰难梭菌铁质体都位于细胞膜附近;然而，由于冷冻电子断层扫描的技术限制，我们无法捕捉到铁小体形成过程各个阶段的快照。目前正在进行研究，以进一步阐明铁小体形成的分子基础，并阐明其对宿主-微生物相互作用结果的影响。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06719-9

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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