胞子を超えて、外胞子糖炭疽菌はシスおよびトランスにおける栄養型炭疽菌の遺伝子制御に影響を与える

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5060 (2023) この記事を引用

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炭疽菌外胞子の昼寝は、環境および宿主系と相互作用する胞子の最も外側の部分です。 この層への変更は、広範囲の生理学的および免疫学的プロセスに影響を与える可能性があります。 独特の糖であるアントロスは、通常、外膜の毛羽立ちの最も遠位の部分を覆っています。 我々は以前に、炭疽菌炭疽菌を陰性にする追加のメカニズムを特定した。 この研究では、いくつかの新しいアリ - 炭疽菌株が同定され、炭疽菌陰性性が胞子の生理機能に及ぼす影響が調査されています。 我々は、弱毒生スターンワクチンおよび培養濾過炭疽菌ワクチンが、胞子の非タンパク質成分を標的とする抗体を生成することを実証する。 栄養型炭疽菌のスターンシグナル伝達分子としての炭疽菌の役割は、発光発現株アッセイ、RNA-seq実験、ウェスタンブロットによる毒素分泌分析によって関連付けられています。 純粋なアントロスと胞子形成を誘導するヌクレオシド類似体であるデコイニンは、毒素の発現に対して同様の影響を及ぼしました。 共培養実験により、炭疽菌における遺伝子発現の変化は、細胞外相互作用のアントラーゼ状態 (トランス) に加えて、細胞内アントラーゼ状態 (シス) にも依存することが実証されました。 これらの発見は、ユニークな胞子特異的糖残基が栄養型炭疽菌の生理、発現、遺伝学にどのように影響を及ぼし、炭疽菌の生態、病因、ワクチン学に影響を与えるのかについてのメカニズムを提供するものである。

炭疽菌は炭疽病を引き起こしますが、胞子を形成することで過酷な環境条件にも耐えることができます1。 内生胞子を取り囲んでいるのは、外胞子層と呼ばれる炭水化物を豊富に含む緩いタンパク質層です2。 胞子形成中、外胞子は CotE、CotO、CotY タンパク質の協調的な働きによって母細胞内で形成されながら、前胞子の周りに組み立てられます 3。 外膜の外側に面する部分は糖タンパク質で構成され、外膜ナップとして知られるベルクロ状の層を形成します。 毛根には、基底層タンパク質 ExsFA/BxpB および ExsFB4,5 に結合したグリコシル化 BclA および BclB タンパク質の突き出た茎が含まれています。 糖タンパク質の外膜胞子は胞子に荷電表面を与え、静止胞子と土壌粒子、動物宿主細胞、その他の胞子を含む外部環境との間の相互作用を媒介する遠位表面です。 発芽すると、外膜の毛羽立ちが剥がれ、炭疽菌が発芽し始め、炭疽菌毒素を分泌しながら栄養型で複製します6。

栄養細胞タンパク質を除去するために洗浄された外膜から調製された場合、8 つのタンパク質が外膜の重要な成分として同定されています。 BclA タンパク質は外膜の主要なタンパク質成分であり、外膜表面から突き出た茎状の毛羽繊維を形成します。 BclA のコラーゲン様リピート領域の長さは、bclA 遺伝子のサイズに応じて炭疽菌の株間で異なります。 これらの多型は、胞子の表面で観察できる毛羽の厚さの変化に寄与します8。 BclA は三量体形成で存在し、コラーゲン様領域が GalNAc-Rha-Rha-Rha-Ant9 の五糖反復で密にグリコシル化されています。 アリは単糖類のアントロースであり、自然界ではほとんど見られない希少な糖です。 アントロス生合成オペロンはよく特徴付けられており、4 つの遺伝子 antA、antB、antC、および antD10,11 で構成されています。 すべての遺伝子はアントロスの生合成に関与しており、antA のノックアウトでは測定可能な胞子アントロスが半分に減少し、antB、antC、または antD のノックアウトでは検出可能な胞子アントロスのレベルが廃止されます 11。 アントロースは他のバチルス属の種によっては合成されません。 したがって、炭疽菌の胞子の表面に独特に存在します。 別の糖残基は、Bacillus cereus 胞子に存在するセレオースなど、他の Bacillus spp の胞子上に見られます 12,13。 BclA は外膜の表面にありますが、病因への寄与は不明です。 高用量の Sterne4 または Ames14 マウス攻撃実験では完全な毒性には BclA は必要ありませんでしたが、別の研究では、ΔbclA Sterne 34F2 変異体は野生型 Sterne 34F215 と比較して LD50 が 50 ～ 70% 減少しました。 高用量の研究デザインでは、劇症毒素や莢膜産生による bclA ノックアウトの毒性効果が隠蔽される可能性があり、これはより感度の高い LD50 研究で明らかになる可能性があります。 重要なことは、BclA ノックアウトは、栄養細胞におけるアントロスの生合成を無傷のままにしながら、胞子の表面からアントロスを効果的に除去することです。 BclA をノックアウトすると、上皮細胞、線維芽細胞、内皮細胞との結合は増加しますが、マクロファージとの結合は増加しないことが示されています 16。 このことは、BclA ノックアウト胞子がマクロファージ受容体 CD14 に結合できない一方、antC/degT ノックアウト胞子において BclA からアントロスを除去すると、ラムノース残基が明らかになり CD14 受容体への結合が増加することを示した他の研究によって裏付けられました 17。 これは、bclA 変異体胞子で攻撃されたマウスは、エアロゾル攻撃後の気管支肺胞肺液中により多くの胞子を保持するという発見と一致します 14。 炭糖の正確な機能と病因への寄与は不明のままでしたが、土壌環境や免疫系の細胞との相互作用を裏付ける証拠が示されています。 以前、我々は異種炭疽菌スターンモデルにおいて、胞子表面から炭疽を除去すると発芽効率が低下し、胞子形成率が増加することを発見した18。 生理学的変化に加えて、アントロス陰性胞子の LD50 は、皮下マウス攻撃モデルでは半分であり、死亡までの時間がより速くなり、宿主臓器での播種がより速くなりました。 致死率の増加は、ガレリア メロネラ幼虫に胞子を与えた 2 番目の動物モデルでも観察されました 18。