2024年4月16日，威尼斯欢乐娱人城AⅤ大中国祁斌研究组在Nature Communications上以“Bacterial peptidoglycan acts as a digestive signal mediating host adaptation to diverse food resources in C. elegans”为题，报道了一种启动食物消化的信号——细菌肽聚糖(PGN)，它通过与糖基化蛋白BCF-1互作抑制线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）促进消化，从而提升线虫自然适应能力。
食物对于动物（包括线虫）在自然中的生存和种群调节至关重要。在进化过程中，食物的利用和偏好作为适应性力量发挥着重要作用。为了有效地获取食物，动物进化出了复杂的神经系统，以感知食物并引导摄食行为。一旦食物进入消化道，它将被消化成基本营养物质，为动物提供能量。强大的消化系统对于动物至关重要，因为它能够消化各种来源的食物，从而提高其在自然环境中的生存能力。
在地球上的多细胞生物中，线虫约占80％，在众多生态系统中发挥着重要的作用。线虫可能之所以能维持庞大的种群，是因为它们具备强大的消化系统，能够有效消化复杂食物。因此，线虫是研究食物消化机制的理想动物模型。然而，目前我们仍然不清楚哪些信号激活了动物的消化系统。在先前研究中，我们利用秀丽线虫作为模式生物建立了食物消化的研究模型，且发现细菌膜蛋白通过宿主神经-免疫来激活动物食物消化系统的机制（Cell Host Microbe 2022)，为了进一步发现是否还有其他细菌信号激活食物消化，我们开展了本项研究。
1.细菌肽聚糖激活线虫消化：我们之前的研究已经证明低质量食物(Heat-killed E. coli)能够促进线虫消化腐生葡萄球菌(SS),为了进找到细菌激活消化的信号，通过筛选大肠杆菌突变体，我们发现细菌肽聚糖（PGN)合成突变体不能激活动物去消化。进而提取细菌PGN与SS混匀发现，细菌PGN可直接激活线虫消化利用SS。
2. PGN-BCF-1互作调控UPRmt激活线虫的消化：为找到PGN激活线虫消化具体机制，我们分析了大肠杆菌结合蛋白和PGN结合蛋白的交集，进行RNAi筛选找到影响消化的宿主因子bcf-1，并进一步发现PGN能与BCF-1直接互作。细菌肽聚糖已被证明通过作为ATP合酶激动剂和抑制线粒体未折叠蛋白应答（UPRmt）来促进线粒体内环境稳态。那么UPRmt是否参与了线虫的食物消化呢？通过后续实验，研究人员证明PGN通过与BCF-1互作，调控神经肽NLP-3的释放抑制UPRmt，促进线虫食物消化。
3. PGN-BCF-1信号轴促进线虫更好的适应环境：食物利用对动物在自然中的存起着至关重要的作用。因此强大的食物消化能力，可能促进动物在环境中的适应能力。我们发现在复杂食物环境下，野生型线虫具有强大食物消化能力，进而线虫能快速生长，并且种群数激增，增强它们在自然界中的适应能力，相反bcf-1突变体适应环境能力下降。
综上，本文通过找到一种新的激活食物消化的分子-细菌PGN，证明PGN-BCF-1的相互作用做为“触发食物消化的信号”，提高动物在自然界中的食物利用率，从而增强动物适应性。
威尼斯欢乐娱人城AⅤ大中国的硕士研究生郝凡锐和刘慧敏为该论文的共同第一作者。祁斌研究员为论文通讯作者。
致谢：威尼斯欢乐娱人城AⅤ大中国生科院Leonard Krall，单昭对论文的编辑，实验室所有成员的帮助；本研究得到西南联合研究生院云南省科技专项，科技部国家重点研发计划，国家自然基金，云南省基础研究计划，威尼斯欢乐娱人城AⅤ大中国双一流等经费等资助。
温馨提示：祁斌课题组主要从事细菌与宿主互作调控研究，现主要集中在宿主分泌蛋白与细菌互作，细菌与宿主消化系统互作，自2019年成立实验室，研究成果以通讯作者发表在Nature Communications (2024), eLife (2024), Cell Reports (2023), Cell Host & Microbe (2022)等期刊。现因发展需要，长期诚聘博士后、助理研究员。有兴趣加入课题组的，请联系: qb@ynu.edu.cn
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47530-y
