释放毒素-细胞亚群死亡的新功能

最近苏黎世联邦理工学院的研究者揭示了Yersinia entomophaga组装和释放Tc毒素（YenTc）的复杂机制。相关研究发表与2024年2月5日发表在《nature microbiology》。

利用综合多尺度成像方法，包括相关的冷冻光和电子断层扫描、延时光学显微镜和蛋白质组学，研究者发现 YenTc 毒素成分仅在细胞亚群中表达，同时这些细胞亚群也在组装其他毒力因子。研究结果显示，释放YenTc和其他毒力因子的关键在于噬菌体样裂解盒，它不会立即引起细胞裂解，而是产生中间的“幽灵”细胞。这些幽灵细胞用作组装室，密集地填充着组装的 YenTc 毒素（图1）。

图1：冷冻断层扫描（左）与 Tc 毒素定位。Tc 毒素（橙色）、裂解细胞（绿色）、完整细胞（蓝色）。

总之，此研究发现噬菌体样裂解盒是 YenTc 释放的关键因素，并且这种释放方式也适用于其他毒力因子。作者设想的模型认为（图2）：细胞密度和温度等环境因素在细胞亚群中诱导一种特殊的基因表达程序，导致“引发”细胞（绿色细胞）过表达单个 YenTc 成分（橙色和绿色）和其他潜在毒力因子，如 M66/StcE 丝（紫色）。噬菌体样裂解盒（holin/endolysin）的作用会造成细胞包膜缺陷，导致“幽灵”细胞和 M66/StcE 细丝的分解。幽灵可以作为 YenTc 完全毒素组装的隔间。作者推测，spanins（黑色）可能催化释放 YenTc、M66/StcE 和其他毒力因子（红色）的最后一步。

这种逐步的毒素组装和释放的机制可能是最小化种群损失的基础，因为此种机制可以最大限度提高单个细胞产生的 YenTc 毒素和其他毒力因子的数量，并且提高在特定区域内毒素的组装效率。这种亚群的程序性死亡可能为剩余的细菌群落带来适应性优势。

图2：YenTc释放过程假设模型。

参考来源：

1. https://biol.ethz.ch/en/news-and-events/d-biol-news/2024/02/a-sacrificing-subpopulation-of-bacteria-releases-virulence-factors-for-infection.html

2.Feldmüller M, Ericson CF, Afanasyev P, Lien YW, Weiss GL, Wollweber F, Schoof M, Hurst M, Pilhofer M. Stepwise assembly and release of Tc toxins from Yersinia entomophaga. Nat Microbiol. 2024 Feb;9(2):405-420. doi: 10.1038/s41564-024-01611-2. Epub 2024 Feb 5. PMID: 38316932; PMCID: PMC10847046.