武汉大学构建功能核酸构架平台策略揭示微生物互作机制

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关键词：

来源：

Science Advances

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来源地址：

https://doi.org/10.1126/sciadv.adr4399

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2024-12-13

摘要：

2024年12月13日，武汉大学化学与分子科学学院袁荃教授团队在Science Advances发表题为“Framework nucleic acid strategy enables closer microbial contact for programming short-range interaction”研究论文。自然界中，生命体都不是孤立存在的，而是通过密集的细胞相互作用连接在一起，形成复杂的生态相互作用网络。这种细胞相互作用在细胞间信号传递以及疾病发生发展等过程中扮演了至关重要的角色。微生物大多是结构简单的细胞，遍布于深海、土壤、空气、动植物等地球的各个角落，是最早的生命形式之一。由黏附素等内源性化学分子介导的细胞种内或种间相互作用是驱动其群落结构和功能的关键。这种相互作用在地球化学循环、生态环境演变、生命健康等领域均扮演了至关重要的角色。精准编码并探索微生物种内或种间相互作用，有助于深入理解微生物群落功能与行为，对揭示微生物相互作用与疾病发生发展之间的关系，指导微生物代谢调控等具有重要意义。作为编码所有生命形式信息的化学分子，核酸具有易于合成、结构可预测、灵活可编程等优点，可以在纳米尺度上编程执行特定的功能，引起了研究者的广泛关注。基于核酸分子独特的性质与功能，通过自组装策略，研究团队发展了一种功能核酸纳米框架平台，该平台结合了四个功能模块，包括特异性靶向识别模块、空间距离调控模块、钥匙-锁链接模块、光学报告模块。通过灵活的调控靶向核酸分子序列以及核酸四面体框架大小，可实现微生物相互作用的特异性精准编码。利用所构建的功能核酸纳米框架平台，该研究以铜绿假单胞杆菌种内相互作用为研究模型，结合转录组学等分析手段，发现铜绿假单胞杆菌种内空间组装可作为群体感应表面传感的菌毛、鞭毛蛋白的表达，提高铜绿假单胞杆菌响应群体感应信号分子高丝氨酸内酯响应的能力，进而促进了铜绿假单胞杆菌群体感应信号通路的进行，诱导毒力因子包括绿脓素、碱性蛋白酶、鼠李糖的产生。这种基于微生物间相互作用产生的毒力因子代谢异质性使得其对人体肺泡细胞促炎免疫因子的产生同样具有不一样的影响。此外，利用所构建的功能核酸框架平台，该研究成功编码了更为复杂的铜绿假单胞杆菌-大肠杆菌种间相互作用模型。总的来说，此研究所提出的功能核酸框架平台策略有望为编码复杂的相互作用提供新的思路，为揭示不同类型的微生物相互作用及代谢空间异质性机制研究提供技术支撑，有望用于功能性多细胞体系设计以及疾病治疗等应用领域。