加州大学Andreas J Bäumler等人雨2019年1月9日在《Cell Host and Microbe》上发表题目为《Commensal Enterobacteriaceae Protect against Salmonella Colonization through Oxygen Competition》的文章。该研究结果表明肠炎沙门氏菌毒力因子增加新生小鸡肠道的上皮氧合作用，进而使肠炎沙门氏菌通过有氧呼吸进行扩张。产芽孢菌和共生肠杆菌可赋予生态位保护，其发现主要机制是肠杆菌科通过有氧呼吸，与沙门氏菌竞争氧气从而阻断肠炎沙门氏菌的定植。
研究摘要
新生儿极易感染肠道病原体，但潜在的机制尚未解决。
我们表明新生小鸡定植肠炎沙门氏菌需要毒力因子增加上皮氧合作用，进而通过有氧呼吸驱动病原体的扩张。携带氧敏感报告的大肠杆菌菌株的共感染实验表明肠炎沙门氏菌与共生肠杆菌科竞争氧气。肠杆菌科和产芽孢菌的组合赋予新生小鸡，与移植成年鸡微生物群的无菌小鼠对肠炎沙门氏菌的定植抗性。将产芽孢菌与益生菌大肠杆菌分离物结合起来保护无菌小鼠免于病原体定植，但是当在氧气较少的条件下大肠杆菌呼吸氧气的能力被遗传消除时，保护作用丧失。
这些结果表明共生肠杆菌科通过与肠炎沙门氏菌竞争氧气来促进结肠抗性，氧气是病原体扩张的关键资源。
文中主要图片说明
图1. 肠炎沙门氏菌毒力因子促进新生儿肠道的定植。用1 X 109 CFU的肠炎沙门氏菌菌株感染1日龄雏鸡。（A）在指定的时间点测定盲肠内容物（每个时间点n = 5）的肠炎沙门氏菌定植水平。（B-D，F-G）使用从感染3天后的盲肠扁桃体中分离的RNA，通过定量实时PCR测定NOS2（B），CXCL8（C），IL1B（D），IFNG（F），IL22（G）转录水平的相对变化。（E）IL6基因表达的相对变化通过使用从感染2天后的盲肠扁桃体中分离的RNA的定量实时PCR确定。（H）感染3天后的苏木精和伊红染色的小鸡盲肠切片的代表性图像。（I）通过使用表S1中列出的标准对盲法切片进行评分来确定感染3天后收集的盲肠的组织病理学评分。（B-I）各组中动物的数量（n）表示在（I）中。
图2. 毒力因子通过有氧呼吸促进病原体扩张。（A）用细菌菌株的1：1混合物感染一日龄雏鸡（n = 4-5）。感染3天后收集盲肠内容物以确定竞争指数。（B-G）用指定的细菌菌株模拟处理或感染1日龄雏鸡。（B）基于在感染后指定时间点从盲肠内容物中分离的DNA的16S rRNA基因测序，在门水平（相对丰度）的肠道微生物群的组成。
（C-E）在模拟处理（C），用肠炎沙门氏菌（wt）（D）感染，或用肠炎沙门氏菌invA spiB突变体（invA spiB）（E）感染的小鸡中，在MacConkey琼脂（肠杆菌科，黑色条）上回收的盲肠内容物中的总菌落形成单位（CFU）或确定了肠炎沙门氏菌的CFU（红色条）。（F和G）通过微生物群分析确定盲肠内容物Lachnospiraceae（F）和Ruminococcaceae（G）菌群的标准化丰度。（H和I）在用DAPI核染色（蓝色）复染的盲肠切片中检测到的哌莫硝唑（红色，H）或MitoTracker（深橙色，I）染色的代表性图像。
图3. Luminal E. coli的生物发光成像需要活体宿主。（A）在MacConkey上培养成年鸟的盲肠内容物，并使用EnteroPluri测定法确定细菌菌落的身份。（B）选择的大肠杆菌分离物的有根最大似然树，可视化为分支图，表明它们与禽共生分离物YL178的相关性。（C-F）孵化后1天（第1天）用携带CP25 :: luxCDBAE转录融合体（pBR2TTS：CP25 :: luxCDBAE）的质粒转化的大肠杆菌菌株YL178感染雏鸡，1天后（第2天）测定麻醉（C），安乐死（D和E）或在胃肠道纵向打开（F）后的生物发光成像。显示每个样品的代表性图像（n = 8）。E）在安乐死之前（红点）和之后（黑点）确定的生物发光成像（n = 6）的时间过程。
图4. 肠炎沙门氏菌与大肠杆菌竞争肠腔内的氧气。小鸡在孵化后第1天被接种携带luxCDBAE报告基因（大肠杆菌[lux]）的大肠杆菌菌株YL178（pBR2TTS：CP25 :: luxCDBAE）或携带大肠杆菌（lux）和野生型肠炎沙门氏菌或肠炎沙门氏菌cydA突变体（SE cydA）的1：1混合物（SE wt）。或者，在孵化当天（day0）用大肠杆菌（lux）接种，并在第二天（day1）用野生型肠炎沙门氏菌感染。（A）在最后一次接种后第1天（day2）进行生物发光成像。（B和C）从盲肠内容物中回收的大肠杆菌（lux）（B）和肠炎沙门氏菌（C）的数量。
图5. 肠杆菌科和产芽孢菌可提供生态位保护。（A和E）无菌Swiss Webster小鼠模拟处理或接种来自雏鸡（1日龄）或成年鸡（3个月大）（A）的微生物群或接种成年鸡微生物群的指定成分（E）。五天后，用肠炎沙门氏菌（108CFU /小鼠）感染小鼠。感染2天后测定在粪便中的肠炎沙门氏菌的定植水平。（B-D和F）通过16S rRNA基因测序分离来自成年鸡微生物群（B），雏鸡微生物群（C），成年鸡微生物群（肠杆菌科成分）（D），或用氯仿处理的成年鸡微生物群（孢子成分）（F）接种的无菌Swiss Webste小鼠的粪便培养的细菌（从MacConkey琼脂中回收）中的DNA确定科水平的微生物代表。（G）用成年小鸡微生物群的指定组分接种孵化日小鸡，并在第二天用肠炎沙门氏菌（109CFU /小鸡）攻击。在感染1天后，在盲肠内容物（n = 6）中测定肠炎沙门氏菌的定植水平。（H和I）用无氯化物的Swiss Webster小鼠接种氯仿处理的成年鸡微生物群（孢子）和指定的大肠杆菌菌株。五天后，测定大肠杆菌定植水平（I），并用肠炎沙门氏菌（102CFU /小鼠）感染小鼠。在感染2天后（H）在粪便（n = 6）中测定肠炎沙门氏菌的定植水平。
图6. 肠杆菌科和梭菌属之间合作的模型，赋予了针对肠炎沙门氏菌的定植抗性。大肠中的梭菌将膳食中的复合碳水化合物（纤维）分解成发酵产物，例如丁酸盐。丁酸盐有助于使上皮代谢极化到线粒体中的氧化磷酸化，导致高氧（O 2）消耗。反过来，高氧消耗使得上皮表面缺氧，从而限制从粘膜表面扩散到肠腔中的氧气量。从缺氧上皮表面发出的少量氧气通过有氧呼吸被共生肠杆菌科细菌消耗。肠杆菌科的上皮缺氧和有氧呼吸合作以维持腔内的厌氧生物。厌氧菌赋予了定植抗性，因为它阻断了兼性厌氧肠炎沙门氏菌（沙门氏菌）对氧的获取，从而抑制了病原体的生长。由此导致的病原体数量的下降可导致灭绝，当宿主暴露于低感染剂量时，该结果变得更可能。
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