内容摘要
宿主体内的共生微生物可以影响宿主生理生化的多个方面，但这些影响的分子基础仍然未知。在宿主体内，病原体或共生微生物会与一系列统称为外蛋白（exoproteins）的宿主胞外蛋白和分泌蛋白等相互作用，从而发挥定植、粘附、侵袭、重塑胞外基质和免疫逃逸等各方面的作用，然而外蛋白组与微生物群之间的直接相互作用在很大程度上仍未被探索。如何对数百种微生物菌株的宿主-微生物相互作用进行蛋白质组规模的探索仍然是一项非常有挑战性的科学问题。
来自美国耶鲁大学的Noah W. Palm和Aaron M. Ring课题组在Nature上发表了研究论文A host–microbiota interactome reveals extensive transkingdom connectivity。在该研究中，作者利用新开发的BASEHIT技术揭示人类外源蛋白质组与微生物组之间的相互作用，并在蛋白组规模上进行了深入的剖析。通过这一创新的方法，科学家们鉴定了超过500种人类中常见微生物与外蛋白的互作图谱，探索了人体内部的特异性菌株互作模式，并发现这些相互作用可能是共生微生物影响人类健康和疾病产生的基础。
主要内容
1.采用BASEHIT技术揭示宿主外蛋白组-微生物组相互作用的图谱
为了揭示人类共生微生物与人类外蛋白的互作模式和频率，作者首先构建了人类外蛋白文库，该过程依赖于 Sony SH800分选仪， 对C 端 FLAG 表位标签进行染色，并通过全自动流式细胞分选仪SH800高效高活性的分离具有表面展示蛋白构建体的酵母。接着，作者选择了519种从人体四大屏障组织（皮肤、肠道、口腔和女性生殖道）中分离出的相关细菌进行了BASEHIT分析。总共发现了超过170万对潜在的相互作用，其中有35种人类外蛋白与10种以上的细菌发生了相互作用，62种细菌有着超过10种的互作蛋白。进一步的，作者采用Sony SA3800全光谱流式细胞分析仪检测并分析重组宿主外蛋白染色的细菌，从而验证了所预测的相互作用。利用BASEHIT，作者构建了一个全面的人类外蛋白和微生物之间的互作网络。
图1. BASEHIT技术示意图
2. 外蛋白相互作用影响细菌定植和疾病调节
重点研究了与人类健康和疾病相关的2个菌属：瘤胃球菌（R. gnavus）和聚合梭杆菌（Fusobacterium）。瘤胃球菌与黏液相关的TFF1、TFF2、TFF3以及T细胞共刺激因子CD7的互相作用因菌株不同而存在着差异，作者通过Sony SA3800全光谱流式细胞分析仪验证R. gnavus-CD7间的相互作用。研究显示，这种粘膜蛋白与免疫蛋白结合的现象可能是造成特定瘤胃球菌株具有独特炎症潜能的原因。对于聚合梭杆菌，作者依旧采用Sony SA3800全光谱流式细胞分析仪验证Fusobacterium-DKK1间的相互作用，发现了许多之前未被报道的菌株特异性相互作用，涵盖了免疫和肿瘤相关的蛋白，有趣的是来自口腔、肠道和肿瘤相关的聚合梭杆菌株既有共同的互作蛋白也有不同的互作蛋白。具有不同相互作用特征的聚合梭杆菌株可以影响它们对宿主细胞的结合和免疫反应。
3. 外蛋白结合型与非结合型菌株的不同影响
为了测试这些新发现的相互作用对宿主生物学的潜在影响，作者确定了具有不同相互作用谱的相关菌株，并检查了它们在体外或体内对宿主细胞结合或免疫反应的影响。首先，作者测试了哺乳动物细胞中的 CD7 表达是否足以使 R. gnavus 结合宿主细胞，研究发现 CD7 结合的 R. gnavus，而不是非 CD7 结合的菌株，能够特异性结合到 CD7 表达的 Expi293 细胞（图 a，b）。其次，作者检查了 SIRPα 结合和非结合梭杆菌菌株对巨噬细胞吞噬作用的影响（图 c）。进一步观察到 SIRPα 结合梭杆菌菌株的吞噬水平低于 6 种不同的非结合梭杆菌菌株。以上过程均采用Sony SA3800全光谱流式细胞分析仪进行检测与评估
图2.外蛋白结合型与非结合型菌株的不同影响
索尼流式亮点
在本研究中，流式技术发挥了重要作用，研究中涉及的流式检测采用SONY的全光谱流式分析仪SA3800。SA3800采用索尼独创的全光谱检测和分析技术，可以检测真实且完整的全光谱荧光信号，应用光谱解析方法，拆分荧光信号，不需要调节补偿，且具备参照光谱库，可随时反复调用参照光谱，无需反复做单染管。该研究涉及多种样本类型，其中包括不同种类的细胞和细菌，SA3800的独特设计助力研究者高效的检测多种样本类型并提供更客观且准确的流式数据。
总结
该研究揭示了一个之前未被探索的宿主-菌群分子层面互作景观，这项研究不仅丰富了我们对宿主与微生物组之间关系的理解，更为研究人类健康与疾病之间的微生物组关系提供了重要的线索，为开发新的治疗方法和预防策略提供了有力的科学支持，有望帮助人类更好地应对各种与微生物组相关的健康问题。
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参考文献：
Sonnert, Nicole D et al. “A host-microbiota interactome reveals extensive transkingdom connectivity.” Nature vol. 628,8006 (2024): 171-179. doi:10.1038/s41586-024-07162-0
