一种普遍存在的移动遗传元件能改变人类肠道共生体的对抗武器

DNA转移在人类肠道微生物群中是普遍存在的，特别是在拟杆菌门的物种中。计算机分析已经揭示了这些物种之间共有的数百种可移动遗传元件，但对它们编码的表型、它们对适应性的影响或对受体基因组的多效性后果知之甚少。在该文中发现获得一种普遍存在的编码VI型分泌系统(T6SS)的整合共轭元件(ICE)可以关闭脆弱拟杆菌的原生T6SS。

拟杆菌门：

肠道拟杆菌门中普遍存在两种不同类型的接触依赖相互作用:配偶DNA转移和由VI型分泌系统(t6ss)介导的拮抗作用。t6ss是一种可收缩的纳米机器，其中一根装有毒素效应器的尖管被注射到邻近的细胞中。其中脆弱拟杆菌(Bacteroidesfragilis)是最具拮抗性的一种。

脆弱杆菌：

脆弱杆菌特异性T6SS，被称为遗传结构3 (GA3)，存在于约75%的菌株，并在体外和体内对多种拟杆菌门物种具有强大的拮抗作用。另外两个T6SS位点存在于肠道拟杆菌门中，即GA1和GA2，它们都存在于易于在人类肠道拟杆菌门物种之间转移的大型整合和共轭元件(ICE)上。尽管在这些基因座中存在编码强效毒素的基因，但尚未证明GA1或GA2 t6ss具有强烈的拮抗作用(1至3 log杀伤)。很少有转录组学或表型研究分析了拟杆菌MGEs转移到新的细菌宿主后的命运，它们对受体基因组、转录组和蛋白质组的影响尚不清楚。

结论：

先前的分析表明脆弱芽孢杆菌GA3 T6SS在体外具有组构性，没有明显的方向性。实验首先确定构成体外燃烧是否是脆弱芽孢杆菌GA3 t6ss的一般特性。通过培养上清液中管状蛋白Hcp的量来测量发烧度。检测了在两个GA3 T6SS位点可变区具有不同效应基因和免疫基因的脆弱芽孢杆菌菌株的细胞和培养上清液中主要结构HcpGA3的存在（图1A）。上清液中Hcp的含量存在明显差异；最值得注意的是菌株1284和S36-L11（图1B-D），它们在这些体外条件下合成但不发射T6SS，菌株2-1-56FAA不合成HcpGA3。这三株菌株的~25 kb GA3T6SS位点与组成性发射的菌株非常相似，其中一些仅包含少量核苷酸变异，这表明在这些菌株中，GA3位点外编码的一个或多个因子废除了发射。大约18%的脆弱芽孢杆菌菌株同时含有GA3和GA1 T6SS位点。对脆弱芽孢杆菌菌株的基因组分析表明，其中5株菌株在其基因组中含有GA1 T6SS ICE位点(图1EF)。

GA1 ICE取消了脆弱芽孢杆菌GA3 T6SS的射击：

由于许多含有GA3的脆弱芽孢杆菌菌株也含有GA1 ICE，因此GA3 T6SS可能无法有效阻止配偶DNA转移，量化了GA1 ICE从细小拟杆菌CL09T03C10 (BfineCL09)到脆弱芽孢杆菌菌株的转移频率，该菌株组成性地发射其GA3 T6SS (638R)和不能发射这种武器的等基因菌株(638RDT6)。发现当分析五种不同比例的供体/靶标(BfineCL09) 与受体/拮抗剂 (638R 或638RDT6)时，GA3拮抗剂导致的GA1 ICE转移仅减少1.5至3.2倍。当受体/拮抗剂的数量等于或超过供体/靶标(5倍或10倍)时，GA3 t6ss介导的BfineCL09的大量杀伤，但配偶转移仅略有减少。

负责抑制GA3 T6SS放电的遗传区域：

为了确定负责阻止GA3 T6SS发射的GA1 ICE基因(图2A)，在638R-GA1-6中删除了GA1 ICE的三个大区域，对这些突变体的细胞片段和上清液的分析表明，缺失1和2不影响GA3放电，但缺失3，删除了GA1 T6SS区域和一些侧翼基因，恢复了GA3放电，这不是由于细胞裂解而产生的人工结果。菌株恢复了拮抗能力。合数据表明，GA3T6SS发射的抑制部分是由于其机制优先GA1发射（图2B-D）。当GA3位点或TM复合体基因被删除时，HcpGA1分泌的改善提高了建立在GA3装置上的GA1复合体的装载和发射效率降低和/或GA1-GA3 TM基板杂化复合体的形成阻碍了两种t6ss的发射的可能性(图2EF)。

关键发现：

GA1 ICE在ga3敏感的拟杆菌门物种之间的广泛转移增加了将这种ICE转移到含有ga3的脆弱芽孢杆菌菌株的机会。GA1 ICE在ga3敏感的拟杆菌门物种之间的广泛转移增加了将这种ICE转移到含有ga3的脆弱芽孢杆菌菌株的机会。

这种DNA转移给受体和群落的生态后果和适应性结果可能取决于许多因素，包括GA1 ICE插入的位置、群落的组成、群落中有多少拟杆菌门物种含有GA1 ICE，以及GA3和GA1 T6SS毒素的效力。在人类肠道中，当假设的TetRGA1配体存在时，GA3-GA1菌株可能会产生额外的GA3蛋白成本，这也可能导致TM复合物干扰降低GA1的拮抗作用。

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