- 1次围观
背景——牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis，Pg）是一种口腔条件致病菌，可促进口腔牙周疾病的发生，并与多种全身健康状况相关。尽管Pg已被认为具有广泛的菌株水平基因组多样性和重组现象，但移动元件在多大程度上促成了这种变异，以及它们与Pg适应性和毒力的相关性，仍未得到充分阐明。我们近期对Pg泛基因组的研究揭示了多样化的、与防御相关的附属基因，这引发了一个问题：这些基因是否由尚未被识别的移动遗传元件（mobile genetic elements, MGEs）携带。整合与接合元件（integrative and conjugative elements, ICEs）是一类大型自主移动元件，通常编码对其细菌宿主有益的蛋白质相关基因，包括可抵御噬菌体感染的防御系统。迄今为止，在Pg中仅有一种ICE，即CTnPg1，被报道过。 结果——在本研究中，我们开发了一种生物信息学方法，整合了ICE预测与人工校正、标志基因检测以及基因组背景分析，用于研究Pg中的ICE。我们发现，ICE广泛存在于Pg基因组中，超过90%的基因组至少携带一个ICE。我们发现这些元件至少可分为五个不同的群组，其中有两个群组占主导地位，并且经常在Pg基因组中共存，且插入于不同的特征性插入位点。通过对来自牙周病受试者富集培养微型宏基因组的标记基因分析，我们在近期临床样本中检测到了这些主导性Pg ICE群组以及其他群组的代表。我们发现，抗防御基因和防御基因在Pg ICE中普遍存在，而且这些元件通常编码生物合成基因簇，包括参与甲萘醌合成的基因簇以及预测的核糖体合成并经翻译后修饰的肽类（ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides, RiPPs）。与我们在Pg噬菌体中观察到的大量CRISPR-Cas防御靶向不同，我们未检测到ICE序列与Pg CRISPR间隔序列之间存在任何完全匹配。 结论——本研究确立了ICE是Pg泛基因组及其菌株特异性基因库的重要且广泛存在的贡献者。它们独特的载荷谱表明，ICE很可能通过引入和传播有利性状而影响Pg的毒力和生态适应性，包括扩展Pg的生物合成能力以及增强其对噬菌体感染的抵抗力。本研究为探究Pg中ICE多样性提供了一个经整理的研究框架，并为进一步开展其实验研究奠定了基础，以拓展对其宿主范围及其在塑造Pg与噬菌体、其他微生物以及人类宿主相互作用中的作用的认识。
背景——牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis，Pg）是一种口腔条件致病共生菌，促进牙周疾病的发生，并与全身性健康状况相关。尽管已知Pg表现出广泛的菌株水平基因组多样性和重组，但移动元件在多大程度上促成了这种变异，以及它们与Pg适应性和毒力的相关性，仍未得到充分阐明。我们最近对Pg泛基因组的研究揭示了多样的与防御相关的附属基因，从而提出了一个问题：这些基因是否由尚未被识别的移动遗传元件（mobile genetic elements, MGEs）携带。整合性接合元件（integrative and conjugative elements, ICEs）是一类大型自主移动元件，通常编码对其细菌宿主有益的蛋白质相关基因，包括可防御噬菌体感染的防御系统。迄今为止，在Pg中仅描述过一种ICE，即CTnPg1。
结果——在本研究中，我们开发了一种生物信息学方法，整合了ICE预测与人工校正、标志基因检测以及基因组背景分析，以研究Pg中的ICE。我们发现ICE广泛存在于Pg基因组中，超过90%的基因组至少携带一种ICE。我们发现这些元件至少可分为五个不同群体，其中两类占主导地位，并且经常在Pg基因组中共存，插入于不同的特征性插入位点。通过对来自牙周疾病受试者的富集培养微型宏基因组进行标志基因分析，我们在近期临床样本中检测到了这些优势Pg ICE类群以及其他类群的代表。我们发现抗防御基因和防御基因在Pg ICE中很常见，而且这些元件通常编码生物合成基因簇，包括甲萘醌合成相关基因簇以及预测的核糖体合成并经翻译后修饰的肽（ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides, RiPPs）相关基因簇。与我们在Pg噬菌体中观察到的大量CRISPR-Cas防御靶向现象相反，我们未检测到ICE序列与Pg CRISPR间隔序列之间存在完全匹配。
结论——本研究确立了ICE是Pg泛基因组和菌株特异性基因库的重要且广泛存在的贡献者。其不同的载荷谱表明，ICE很可能通过引入和传播有利性状而影响Pg的毒力和生态学特征，这些性状包括Pg生物合成能力的扩展以及对噬菌体感染抗性的增强。本研究为探究Pg中ICE多样性提供了一个经过整理的研究框架，并为进一步开展实验研究奠定了基础，以拓展对其宿主范围及其在塑造Pg与噬菌体、其他微生物和人类宿主相互作用中的作用的认识。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.04.741601v1?rss=1
🏷️ 牙龈卟啉单胞菌 整合与接合元件 泛基因组 移动遗传元件 噬菌体防御 菌株多样性