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昆虫・細菌共生体の代謝機能に及ぼす微生物の影響
Impact of Facultative Bacteria on the Metabolic Function of an Obligate Insect-Bacterial Symbiosis.
PMID: 32665268 PMCID: PMC7360925. DOI: 10.1128/mBio.00402-20.
抄録
動物に関連する有用微生物は、その栄養要求を完全に動物の宿主から得ているが、これらの微生物が宿主の代謝機能に与える影響については、ほとんど知られていない。本研究では、エンドウアブラムシの細胞内細菌共生体であるエンドウアブラムシと、主にアブラムシのヘモリン（血液）に局在している切片性細菌との間の実験的に困難な三位一体の共生に焦点を当てました。第一に、自然に産生または欠失した複数のアブラムシ遺伝子型、第二に、実験的に除去したアブラムシ遺伝子型を用いたメタボローム実験では、アブラムシの代謝物プロファイルに有意な影響はなく、宿主の代謝に大きな再構成を引き起こさないことが示された。しかし、メタボローム実験では、5-アミノイミダゾール-4-カルボキサミドリボヌクレオチド（AICAR）という 1 つの代謝物のみの力価が、いずれの実験でも陽性アブラムシでは有意に近い濃縮を示しました。AICARは必須アミノ酸ヒスチジンの生合成の副産物であり、ヒスチジン生合成率の指標となることから、-陽性アブラムシでは-介在性ヒスチジン産生が上昇していることが示唆されます。この予測と一致し、[C]ヒスチジンを食べたアブラムシは、ベアリングアブラムシのヒスチジンの有意に上昇したC / C比をもたらし、増加した（∼25％）ヒスチジンが合成されたことを示していますが、分析では、唯一の0.8％の増加を予測した-ベアリングアブラムシでのヒスチジン合成。このことは、ヒスチジンに対する宿主の需要が増加したことを意味し、おそらくは免疫関連機能の亢進のためではないかと仮説を立てています。これらの結果は、宿主の全体的な代謝恒常性が実質的に摂食されていない場合であっても、切子性細菌が共存する微生物との宿主代謝相互作用のダイナミクスを変化させる可能性があることを示している。動物の内部組織の微生物のコロニー化は、一般的に敗血症および死を引き起こすが、様々な動物は、その血液または内臓で良性または有益な微生物と持続的に関連している。これらの持続的な関連が動物宿主に及ぼす代謝的影響については、ほとんど知られていない。本研究では、主にエンドウアブラムシのヘモリンに局在している切片性細菌についての研究を行い、アブラムシのメタボロームの主要な再構成は行われていないものの、アブラムシとその義務的な細胞内共生体との間の代謝関係を変化させたことを実証した。この研究は、動物の内部組織に関連付けられた微生物が、動物の宿主と共存する微生物との間の代謝相互作用の特定の側面にどのように影響を与えることができるかを示しています。
Beneficial microorganisms associated with animals derive their nutritional requirements entirely from the animal host, but the impact of these microorganisms on host metabolism is largely unknown. The focus of this study was the experimentally tractable tripartite symbiosis between the pea aphid , its obligate intracellular bacterial symbiont , and the facultative bacterium which is localized primarily to the aphid hemolymph (blood). Metabolome experiments on, first, multiple aphid genotypes that naturally bear or lack and, second, one aphid genotype from which was experimentally eliminated revealed no significant effects of on aphid metabolite profiles, indicating that does not cause major reconfiguration of host metabolism. However, the titer of just one metabolite, 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide (AICAR), displayed near-significant enrichment in -positive aphids in both metabolome experiments. AICAR is a by-product of biosynthesis of the essential amino acid histidine in and, hence, an index of histidine biosynthetic rates, suggesting that -mediated histidine production is elevated in -bearing aphids. Consistent with this prediction, aphids fed on [C]histidine yielded a significantly elevated C/C ratio of histidine in bearing aphids, indicative of increased (∼25%) histidine synthesized by However, analysis predicted an increase of only 0.8% in histidine synthesis in -bearing aphids. We hypothesize that imposes increased host demand for histidine, possibly for heightened immune-related functions. These results demonstrate that facultative bacteria can alter the dynamics of host metabolic interactions with co-occurring microorganisms, even when the overall metabolic homeostasis of the host is not substantially perturbed. Although microbial colonization of the internal tissues of animals generally causes septicemia and death, various animals are persistently associated with benign or beneficial microorganisms in their blood or internal organs. The metabolic consequences of these persistent associations for the animal host are largely unknown. Our research on the facultative bacterium , localized primarily to the hemolymph of pea aphids, demonstrated that although imposed no major reconfiguration of the aphid metabolome, it did alter the metabolic relations between the aphid and its obligate intracellular symbiont, Specifically, produced more histidine in positive aphids to support both demand for histidine and -induced increase in host demand. This study demonstrates how microorganisms associated with internal tissues of animals can influence specific aspects of metabolic interactions between the animal host and co-occurring microorganisms.
Copyright © 2020 Blow et al.