反刍动物病原体无乳支原体接合作用受真核宿主因子调控的机制研究

这篇研究揭示了反刍动物病原体无乳支原体（Mycoplasma agalactiae）在真核宿主细胞共培养条件下，其接合作用（conjugation）频率显著提升的现象。通过整合性接合元件（ICE）和染色体转移（MCT）机制的分析，证实宿主微环境通过核苷酸应激等途径调控水平基因转移（HGT），为理解病原体适应性进化提供了新视角。

　　

ABSTRACT

水平基因转移（HGT）在基因组精简的支原体进化中起关键作用，但其接合特性尤其在体内环境中研究不足。本研究以反刍动物病原体无乳支原体为模型，通过从无菌条件到细胞及器官型培养的递进实验，发现与山羊上皮细胞或牛肺切片共培养显著提升了接合频率，其中整合性接合元件（ICEA）的自传播率最高。这一现象依赖于真核细胞的存在，且在与牛支原体（Mycoplasma bovis）的共培养中同样观察到。此外，新发现的染色体转移（MCT）机制在细胞环境中效率较低，提示宿主微环境可能抑制MCT或其子代存活。营养剥夺实验进一步表明，核苷酸应激是宿主细胞调控接合作用的潜在因素。

INTRODUCTION

细菌接合是微生物群落中HGT的主要机制，由质粒或整合性接合元件（ICE）介导。支原体作为缺乏细胞壁的寄生性细菌，其基因组高度精简且依赖宿主营养。无乳支原体中的ICEA通过DDE转座酶随机整合染色体，而染色体转移（MCT）可产生高度异质性的嵌合基因组。此前研究多在体外条件下进行，但宿主互作可能显著影响这些过程。

RESULTS

上皮细胞共培养诱导高频ICEA转移

与无菌条件相比，无乳支原体PG2株与山羊上皮细胞共培养时，接合频率提升200倍。测序分析显示，ICEA整合位点分布广泛且无偏好性，排除了克隆选择的影响。条件培养基实验证实，物理性宿主细胞接触是接合激活的关键。

接合效率受菌株适应性影响

遗传距离较远的5632株接合效率低于PG2株，但经宿主适应传代后其接合能力恢复，表明菌株适应性是重要变量。

牛支原体ICEB的宿主依赖性传播

在牛支原体中，ICEB的接合同样受宿主细胞刺激，首次证实该现象跨物种存在。

器官型培养中的接合增强

牛肺切片（PCLS）共培养进一步验证了宿主组织对ICEA转移的促进作用，但MCT效率显著低于ICEA转移。

核苷酸应激的调控作用

补充dNTPs可部分替代宿主细胞功能，但高浓度（>180 μM）抑制接合，提示核苷酸代谢失衡可能是接合激活的信号。

DISCUSSION

宿主细胞通过物理接触和营养压力双重机制刺激支原体接合。ICEA的高频转移与宿主依赖的核苷酸限制相关，而MCT的低效可能源于宿主对嵌合基因组的负选择或表观遗传修饰（如甲基化）的改变。这些发现提示，体内HGT可能被低估，且宿主-病原体互作是驱动支原体进化的重要力量。

MATERIALS AND METHODS

实验采用无乳支原体PG2和5632株及牛支原体J228株，通过抗生素标记（如gentamicin-tagged ICEA）追踪接合事件。细胞培养使用山羊乳腺上皮细胞（TiGMEC），器官模型采用牛肺切片（PCLS）。全基因组测序和生物信息学分析用于定位ICEA整合位点。