イェルシニア・ペスティスがノミ媒介の感染症をどのようにして発生させるのかの精密なモデル

A refined model of how Yersinia pestis produces a transmissible infection in its flea vector.

• Amélie Dewitte
• Typhanie Bouvenot
• François Pierre
• Isabelle Ricard
• Elizabeth Pradel
• Nicolas Barois
• Anaïs Hujeux
• Sébastien Bontemps-Gallo
• Florent Sebbane

抄録

ノミが媒介するペストでは、Yersinia pestisによるノミの前腸の閉塞が哺乳類宿主への感染を促進する。顕微鏡観察に基づいて、我々はまず、ノミの前腸閉塞は中腸のコロニー化ではなく、前腸の一次感染によるものであることを示唆している。このモデルでは、ノミの感染は、前腸の内腔を満たし、多数のY. pestisを包含する塊の再発産生によって特徴づけられる。この再発の段階は、血の摂取をブロックするのに十分な硬さを持つ証明突起が形成されたときに終了する。さらに我々は、ymt（ノミ感染に必須であることが知られている）がギプスの生成に重要であるのに対し、hmsHFRSオペロン（腸を塞ぐバイオフィルムの形成に必須であることが知られている）がギプスの形成に必要であることを示した。バイオフィルム形成のために突然変異体のライブラリー（それぞれがノミの腸内でアップレギュレートされることが知られている遺伝子を欠く）をスクリーニングしたところ、rpiAはノミの閉塞には重要であるが、中腸のコロニー化には重要ではないことがわかった。この遺伝子座は、最初は、証明された腸管キャスト内の有毒化合物に抵抗するために必要とされる可能性がある。しかし、いったん細菌がノミに適応すると、rpiAは、実績のある巣を強固にするバイオフィルムを形成するのに役立つ。最後に、我々は、リボース-5-リン酸イソメラーゼ活性（rpiAの2番目のコピー（y2892）の最近の獲得による）が閉塞を強調するが、中腸のコロニー化は強調しないことを示すために遺伝学的技術を使用した。rpiAは先祖代々の遺伝子であり、hmsHFRSとrpiA2はY. pestisの最近の祖先によって獲得されたものであり、ymtはY. pestis自身によって獲得されたものであることは注目すべきことである。本研究の結果は、(i)ノミの閉塞に至る生理的・分子的メカニズムを明らかにし、(ii)rpiAのような遺伝子の役割が感染時に空間的・時間的に変化することを示し、(iii)進化が突然のジャンプを伴う漸進的な過程であることを強調している。

In flea-borne plague, blockage of the flea's foregut by Yersinia pestis hastens transmission to the mammalian host. Based on microscopy observations, we first suggest that flea blockage results from primary infection of the foregut and not from midgut colonization. In this model, flea infection is characterized by the recurrent production of a mass that fills the lumen of the proventriculus and encompasses a large number of Y. pestis. This recurrence phase ends when the proventricular cast is hard enough to block blood ingestion. We further showed that ymt (known to be essential for flea infection) is crucial for cast production, whereas the hmsHFRS operon (known to be essential for the formation of the biofilm that blocks the gut) is needed for cast consolidation. By screening a library of mutants (each lacking a locus previously known to be upregulated in the flea gut) for biofilm formation, we found that rpiA is important for flea blockage but not for colonization of the midgut. This locus may initially be required to resist toxic compounds within the proventricular cast. However, once the bacterium has adapted to the flea, rpiA helps to form the biofilm that consolidates the proventricular cast. Lastly, we used genetic techniques to demonstrate that ribose-5-phosphate isomerase activity (due to the recent gain of a second copy of rpiA (y2892)) accentuated blockage but not midgut colonization. It is noteworthy that rpiA is an ancestral gene, hmsHFRS and rpiA2 were acquired by the recent ancestor of Y. pestis, and ymt was acquired by Y. pestis itself. Our present results (i) highlight the physiopathological and molecular mechanisms leading to flea blockage, (ii) show that the role of a gene like rpiA changes in space and in time during an infection, and (iii) emphasize that evolution is a gradual process punctuated by sudden jumps.