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次世代を守る。生殖器からの共生細菌がボブテールイカの卵を真菌のファウリングから保護する
Shielding the Next Generation: Symbiotic Bacteria from a Reproductive Organ Protect Bobtail Squid Eggs from Fungal Fouling.
PMID: 31662458 PMCID: PMC6819662. DOI: 10.1128/mBio.02376-19.
抄録
微生物が特定の化合物を産生することで宿主を守る防御共生の重要性がますます明らかになってきている。このような共生関係のパートナーを定義することは容易になってきたが、これらの関係に機能を割り当てることはしばしば重要な課題となっている。本研究では、ハワイアンボブテイルイカの雌性生殖器における細菌群の機能的役割を明らかにした。抗生物質カクテルで処理した卵では、JCに浸潤した病原性真菌を主成分とする微生物バイオマスが発生し、孵化率が著しく低下した。また、卵を操作した実験では、JCがこの真菌の侵入から卵を保護していることが明らかになった。また，ANGまたはJCから分離された細菌株の大部分は培養中に阻害され（87.5％），これらの菌株から抽出された抽出物の同程度の割合はヒト病原性酵母および／またはヒト病原性酵母に対しても抗真菌活性を示した（72.7％）。また，単離された細菌やエッグクラッチからの活性抽出物のマススペクトルネットワーク解析により，微生物の増殖防止に関与している可能性のある化合物が明らかになった。ANG/JC細菌と卵のクラッチからは、既知の抗菌薬であるリンコマイシンのほか、一連のグリセロホスホコリンやマイシン様化合物を含むいくつかの二次代謝物が同定された。これらの結果は、広く分布しているがあまり理解されていない頭足類の共生に光を当て、抗菌活性を持つ細菌の二次代謝物を探索するための新たな情報源を提供している。生物は生殖を成功させるための戦略を持っていなければならない。卵を産み付ける動物の中には、微生物の助けを借りて胚を病気から守っているものもいる。一部の生物では、善玉菌が卵防御に寄与していると仮説が立てられていますが、この防御のメカニズムは、最近報告されたいくつかのシステムを除いて、ほとんどわかっていません。本研究では、実験と分析の両方のアプローチを用いて、頭足類の生殖腺と卵に関連する共生細菌が真菌を抑制することを明らかにした。また、化学分析から、これらの細菌が抗菌性化合物を産生し、真菌や他の微生物の増殖を抑制している可能性が示唆された。これらの共生腺が多くの頭足類に分布していることを考えると、水生環境においても同様の防御的な関係がこれまで知られていたよりも一般的なものである可能性がある。また、このような防御的共生関係は、新たな抗菌化合物の発見にもつながる可能性があります。
The importance of defensive symbioses, whereby microbes protect hosts through the production of specific compounds, is becoming increasingly evident. Although defining the partners in these associations has become easier, assigning function to these relationships often presents a significant challenge. Here, we describe a functional role for a bacterial consortium in a female reproductive organ in the Hawaiian bobtail squid, Bacteria from the accessory nidamental gland (ANG) are deposited into the egg jelly coat (JC), where they are hypothesized to play a defensive role during embryogenesis. Eggs treated with an antibiotic cocktail developed a microbial biomass primarily composed of the pathogenic fungus that infiltrated the JC, resulting in severely reduced hatch rates. Experimental manipulation of the eggs demonstrated that the JC was protective against this fungal fouling. A large proportion of the bacterial strains isolated from the ANG or JC inhibited in culture (87.5%), while a similar proportion of extracts from these strains also exhibited antifungal activity against and/or the human-pathogenic yeast (72.7%). Mass spectral network analyses of active extracts from bacterial isolates and egg clutches revealed compounds that may be involved in preventing microbial overgrowth. Several secondary metabolites were identified from ANG/JC bacteria and egg clutches, including the known antimicrobial lincomycin as well as a suite of glycerophosphocholines and mycinamicin-like compounds. These results shed light on a widely distributed but poorly understood symbiosis in cephalopods and offer a new source for exploring bacterial secondary metabolites with antimicrobial activity. Organisms must have strategies to ensure successful reproduction. Some animals that deposit eggs protect their embryos from fouling/disease with the help of microorganisms. Although beneficial bacteria are hypothesized to contribute to egg defense in some organisms, the mechanisms of this protection remain largely unknown, with the exception of a few recently described systems. Using both experimental and analytical approaches, we demonstrate that symbiotic bacteria associated with a cephalopod reproductive gland and eggs inhibit fungi. Chemical analyses suggest that these bacteria produce antimicrobial compounds that may prevent overgrowth from fungi and other microorganisms. Given the distribution of these symbiotic glands among many cephalopods, similar defensive relationships may be more common in aquatic environments than previously realized. Such defensive symbioses may also be a rich source for the discovery of new antimicrobial compounds.
Copyright © 2019 Kerwin et al.