细菌间的拮抗和相关的防御策略在细菌竞争中都是必不可少的。人类肠道共生体脆弱拟杆菌分泌一种泛素同源物(BfUbb)，对体外脆弱拟杆菌菌株的一个亚群有毒。

2023年12月11日，山东大学高翔团队在Nature Microbiology 在线发表题为“Bacteroides fragilis ubiquitin homologue drives intraspecies bacterial competition in the gut microbiome”的研究论文，该研究证明了BfUbb通过非共价结合和灭活必需的肽基脯氨酸异构酶(PPIase)来裂解某些脆弱拟杆菌菌株。

脆弱拟杆菌菌株的BfUbb敏感性分析显示PPIase中有一个关键的酪氨酸残基(Tyr119)，而在Tyr119上编码谷氨酸残基的菌株对BfUbb具有抗性。BfUbb和BfUbb - PPIase复合物的晶体结构分析和功能研究发现，BfUbb在羧基端有一个独特的二硫键，介导与PPIase Tyr119的相互作用。体外共培养实验和小鼠研究表明，BfUbb为编码菌株提供了竞争优势，这进一步得到了人类肠道宏基因组分析的支持。该研究揭示了以前未描述的细菌种内竞争机制。

人类肠道内有一个极其密集和多样的微生物群落，被称为肠道微生物群。这个复杂的生态系统由许多不同的细菌组成，它们在肠道内竞争资源和生态位。细菌间的拮抗和相应的防御机制是细菌竞争相互作用的基础。

拟杆菌门是人类胃肠道中数量最多的革兰氏阴性菌门。为了与密切相关的成员竞争并在生物生态位中建立优势地位，拟杆菌类进化出了几种作为抗菌武器的蛋白质，可以对抗其他细菌。最近的研究表明，脆弱拟杆菌编码一种泛素同源物(称为BfUbb；63%的序列同源性和>80%的序列相似性与人类泛素(HmUbb)，显示出强大的体外抗菌毒性，但机制未知。

BfUbb表现出强大的杀菌毒性，这取决于C端二硫键（图源自Nature Microbiology ）

该研究探讨了BfUbb参与种内竞争的机制。BfUbb 在其C末端需要一个独特但保守的二硫键，通过非共价靶向必需的周质PPI酶来实现其抗菌毒性。BfUbb-PPIase复合物的结构和功能研究表明，PPIase中的关键酪氨酸残基（Tyr119）决定了BfUbb-PPIase结合特异性和随之而来的对BfUbb的菌株敏感性。BfUbb结合的PPIase经历了显著的构象变化，降低了它的酶和伴侣活性。在小鼠中进行的细菌共定植研究，结合人类肠道宏基因组分析，表明BfUbb有助于编码菌株在哺乳动物肠道中胜过敏感菌株。这些发现揭示了一种前所未有的细菌种内竞争的分子机制，并表明BfUbb是塑造人类肠道微生物组成的强有力的生态驱动因素。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41564-023-01541-5