QS系统在霍乱弧菌VBNC及环境适应中的作用机制与塑型

The well-known human pathogenic bacterium of cholera, Vibrio cholerae, can gradually enter a viable but non-culturable (VBNC) state under long-term exposure of stress conditions. The VBNC state is thought to be a survival strategy for many bacteria. However, coming with the culturability lost, entering this state is also a disadvantage for the future survival of these bacteria. Considering the fluctuating feature of nature environment, the confrontation of culturability lost provides more opportunity for the bacteria than the VBNC ones to proliferation and long-term survival. Thus, remaining culturable under such situation might be another survival strategy. In our previous study, we found Vibrio cholerae naturally evolved different function types of Quorum Sensing (QS) System to confront the culturability lost. The funding suggests QS System may involve in the VBNC development and environment adaptation of Vibrio cholerae. The environment stresses may although helpful for it to shape different QS function. The purposes of this project are first to testify this confrontation, to find the regulatory genes and explore the mechanism behind. Then we will evaluate the selection of different environment stresses on Vibrio cholerae strains of different QS function. This study will help us to further understand the survival and evolution of Vibrio cholerae in the changeable nature environment.

霍乱弧菌能够引起人类霍乱的流行。环境生存是其感染和流行的前提。进入活的非可培养状态（VBNC）是其公认的生存策略。但是结合外环境不断变化的本质和VBNC难以复苏的特征，我们认为维持可培养能力可能是其另一种生存策略。因为这可以给细菌更长的时间让其等候外环境的变化，直至能够支持其进行复制繁殖，然而该环境变化可能并不足以促使已进入VBNC状态细菌的复苏。这就为这些细菌提供生存优势。本课题组前期发现霍乱弧菌自然进化形成的群体感应（QS）系统功能分型与诱导VBNC过程中可培养能力的维持有明显的对应关系。这提示QS系统在霍乱弧菌进入VBNC状态及环境适应中发挥重要作用，而环境压力也可能对QS系统的功能起到了塑型作用。本项目拟证明QS系统对霍乱弧菌维持可培养能力的作用，明确功能基因并探索调控机制；然后评价各种环境压力对不同QS系统功能菌株的筛选作用。该研究可以加深我们对霍乱弧菌在环境中生存和进化的认识。

在低温低营养等恶劣的生存条件下，霍乱弧菌会进入一种活的非可培养状态(VBNC)状态。进入VBNC状态被认为是霍乱弧菌的一种生存机制，也被认为是霍乱弧菌持续威胁公共卫生安全的重要原因, 但其背后的调控机制还不清楚。.在本项目中我们展示了一种霍乱弧菌通过对抗VBNC状态进而获得生存优势的机制。这种机制由密度感应系统调控。这种对抗与群体感应系统的核心调控蛋白HAPR的表达量相关。hapR表达上调会导致霍乱弧菌进入VBNC状态所需时间的延长；反之，如果hapR表达下调，所需的时间会缩短。这种对抗作用得到了密度感应系统调控通路上LUXO，RPON和QRRS等调控元件的证实。进一步转录组和转座子研究提示HapR调控的下游基因rpoS可能参与了这一过程。我们还发现天然进化的霍乱弧菌中存在HAPR表达水平不同的现象，并与各菌株进入VBNC所需的时间相对应。我们通过体外实验证实这种进入VBNC所需时间的不同，赋予各霍乱菌株不同的生存优势，这也说明了生长条件的变化对胡乱胡军QS型别的筛选和塑型作用。.本研究提出霍乱弧菌的VBCN过程可能存在对抗机制，并证实了密度感应系统对VBNC诱导过程的对抗，阐述了这种对抗对霍乱弧菌密度感应系统及霍乱弧菌进化的影响，为进一步解释霍乱弧菌VBNC状态的形成机制，以及环境压力对霍乱弧菌进化的影响提供了重要的和直接的依据。