[학위논문]톱다리개미허리노린재(Riptortus pedestris) 중장의 O-antigen-결핍 Serratia는 LPS의 존재하에 생체 방어 단백질의 분해에 도움이 되는 Metalloprotease 생성 O-antigen-deficient Serratia Cells Colonized in Insect Midgut Produce Metalloprotease in the Presence of Lipopolysaccharide, Leading to Degradation of Host Defense Proteins원문보기
톱다리개미허리노린재(Riptortus pedestris)와 Burkholderia의 공생 시스템은 숙주와 장내 공생균의 상호작용을 분자 수준에서 연구하는데 있어서 유용한 실험 모델이다. 최근에 본인이 소속된 연구실에서는 공생 Burkholderia와 배양된 Burkholderia의lipopolysaccharide (LPS) O-antigen을 비교하였을 때, 공생 Burkholderia의 O-antigen이 크게 감소되는 것을 발견했다. 이 연구를 바탕으로 사람과 곤충에서의 병원성 세균인 Serratia marcescens에 대하여 Riptortus가 어떻게 반응하는지 검토하였다. 배양된 S. marcescens를 약 100 CFU (colony forming unit) 주사 감염시키면 24시간 이후 50%의 곤충이 죽지만, 배양된 S. marcescens를 107 CFU 이상 경구 감염시키면 거의 모든 곤충이 생존하였다. ...
톱다리개미허리노린재(Riptortus pedestris)와 Burkholderia의 공생 시스템은 숙주와 장내 공생균의 상호작용을 분자 수준에서 연구하는데 있어서 유용한 실험 모델이다. 최근에 본인이 소속된 연구실에서는 공생 Burkholderia와 배양된 Burkholderia의lipopolysaccharide (LPS) O-antigen을 비교하였을 때, 공생 Burkholderia의 O-antigen이 크게 감소되는 것을 발견했다. 이 연구를 바탕으로 사람과 곤충에서의 병원성 세균인 Serratia marcescens에 대하여 Riptortus가 어떻게 반응하는지 검토하였다. 배양된 S. marcescens를 약 100 CFU (colony forming unit) 주사 감염시키면 24시간 이후 50%의 곤충이 죽지만, 배양된 S. marcescens를 107 CFU 이상 경구 감염시키면 거의 모든 곤충이 생존하였다. 감염경로에 따라 나타나는 생존율의 차이를 이해하기 위해, 배양된 S. marcescens와 midgut three region (M3)에서 회수한 S. marcescens의 LPS의 분자적 변화를 조사하였을 때, M3에서 회수한 S. marcescens의 LPS O-antigen이 소실되었다. 본 연구자는 S. marcescens의 LPS O-antigen이 독성 인자의 생산에 관여 할 수 있다라는 가설을 세웠다. 예상한 바와 같이 정제된 S. marcescens LPS와 M3에서 회수한 S. marcescens를 곤충에 공동 주입했을 때, S. marcescens의 metalloprotease인 serralysin이 곤충의 체액에서 유도되었다. 그러나 LPS와 serralysin 결핍 돌연변이를 공동 주입 했을 때는 그렇지 않았다. 이러한 결과는 S. marcescens의 LPS O-antigen이 숙주 곤충 내에서 독성 인자인 serralysin의 유도를 위한 필수 요소임을 발견하였다. 또한 분비된 serralysin은 숙주 곤충의 체액 단백질 중 생체 방어 반응에 깊게 관여하는 두 종류의 단백질인 chitinase와 vitellogenin을 선택적으로 분해하는 사실도 규명하였다. 이러한 사실은 자연계에서 감염성을 가진 병원균과 그 숙주 곤충 사이에 병원균의 LPS를 선택적으로 제거하는 숙주의 방어 기작과 그 방어 기작을 회피하는 병원균의 분자적 상호작용이 있음을 제시한다.
톱다리개미허리노린재(Riptortus pedestris)와 Burkholderia의 공생 시스템은 숙주와 장내 공생균의 상호작용을 분자 수준에서 연구하는데 있어서 유용한 실험 모델이다. 최근에 본인이 소속된 연구실에서는 공생 Burkholderia와 배양된 Burkholderia의lipopolysaccharide (LPS) O-antigen을 비교하였을 때, 공생 Burkholderia의 O-antigen이 크게 감소되는 것을 발견했다. 이 연구를 바탕으로 사람과 곤충에서의 병원성 세균인 Serratia marcescens에 대하여 Riptortus가 어떻게 반응하는지 검토하였다. 배양된 S. marcescens를 약 100 CFU (colony forming unit) 주사 감염시키면 24시간 이후 50%의 곤충이 죽지만, 배양된 S. marcescens를 107 CFU 이상 경구 감염시키면 거의 모든 곤충이 생존하였다. 감염경로에 따라 나타나는 생존율의 차이를 이해하기 위해, 배양된 S. marcescens와 midgut three region (M3)에서 회수한 S. marcescens의 LPS의 분자적 변화를 조사하였을 때, M3에서 회수한 S. marcescens의 LPS O-antigen이 소실되었다. 본 연구자는 S. marcescens의 LPS O-antigen이 독성 인자의 생산에 관여 할 수 있다라는 가설을 세웠다. 예상한 바와 같이 정제된 S. marcescens LPS와 M3에서 회수한 S. marcescens를 곤충에 공동 주입했을 때, S. marcescens의 metalloprotease인 serralysin이 곤충의 체액에서 유도되었다. 그러나 LPS와 serralysin 결핍 돌연변이를 공동 주입 했을 때는 그렇지 않았다. 이러한 결과는 S. marcescens의 LPS O-antigen이 숙주 곤충 내에서 독성 인자인 serralysin의 유도를 위한 필수 요소임을 발견하였다. 또한 분비된 serralysin은 숙주 곤충의 체액 단백질 중 생체 방어 반응에 깊게 관여하는 두 종류의 단백질인 chitinase와 vitellogenin을 선택적으로 분해하는 사실도 규명하였다. 이러한 사실은 자연계에서 감염성을 가진 병원균과 그 숙주 곤충 사이에 병원균의 LPS를 선택적으로 제거하는 숙주의 방어 기작과 그 방어 기작을 회피하는 병원균의 분자적 상호작용이 있음을 제시한다.
The Riptortus-Burkholderia symbiosis system is a useful model system to address the molecular cross-talks between Riptortus host insect and Burkholderia gut symbiont. Recently, we reported that lipopolysaccharide (LPS) O-antigen of Burkholderia cells was lost when cultured Burkholderia cells are col...
The Riptortus-Burkholderia symbiosis system is a useful model system to address the molecular cross-talks between Riptortus host insect and Burkholderia gut symbiont. Recently, we reported that lipopolysaccharide (LPS) O-antigen of Burkholderia cells was lost when cultured Burkholderia cells are colonized on the host midgut. Based on this study, we questioned how Riptortus pedestris insects respond to infection of a well-known entomopathogenic bacterium, Serratia marcescens. When cultured Serratia cells (less than 100 cells/insect) were injected systemically, 50% insects were killed after 24 hour later. But, when cultured Serratia cells (more than 1x107 cells) were fed orally, 100% insects were survived. To answer a reason of why host survival rates are different by different Serratia infection routes, we examined the molecular changes of M3-colonizing Serratia cells, which are collected from posterior midgut third region (M3) after feeding the cultured Serratia into insects. As results, LPS O-antigen of the M3-colonizing Serratia cells were also lost as like symbiotic Burkholderia cells. We hypothesized that Serraria LPS O-antigen may be involved in the modulation of Serratia virulence factor(s) during infection. As expected, when purified Serratia LPS and M3-colonizing Serratia cells were co-injected into insects systemically, serralysin, a metalloprotease of Serratia species, was induced in the insect hemolymph, but not by co-injection of serralysin-deficient Serratia mutant (Δser) cells with LPS. When hemolymph proteins were analyzed after injection of serralysin to identify host target protein(s) of secreted serralysin, chitinase. and vitellogenin of host insect were specifically degraded, providing a reasonable answer why M3-colonizing Serratia cells should lose their LPS O-antigen in the host insects. These results demonstrate that LPS O-antigen of entomopathogenic Serratia plays an important role in induction of Serratia virulence factor during infection.
The Riptortus-Burkholderia symbiosis system is a useful model system to address the molecular cross-talks between Riptortus host insect and Burkholderia gut symbiont. Recently, we reported that lipopolysaccharide (LPS) O-antigen of Burkholderia cells was lost when cultured Burkholderia cells are colonized on the host midgut. Based on this study, we questioned how Riptortus pedestris insects respond to infection of a well-known entomopathogenic bacterium, Serratia marcescens. When cultured Serratia cells (less than 100 cells/insect) were injected systemically, 50% insects were killed after 24 hour later. But, when cultured Serratia cells (more than 1x107 cells) were fed orally, 100% insects were survived. To answer a reason of why host survival rates are different by different Serratia infection routes, we examined the molecular changes of M3-colonizing Serratia cells, which are collected from posterior midgut third region (M3) after feeding the cultured Serratia into insects. As results, LPS O-antigen of the M3-colonizing Serratia cells were also lost as like symbiotic Burkholderia cells. We hypothesized that Serraria LPS O-antigen may be involved in the modulation of Serratia virulence factor(s) during infection. As expected, when purified Serratia LPS and M3-colonizing Serratia cells were co-injected into insects systemically, serralysin, a metalloprotease of Serratia species, was induced in the insect hemolymph, but not by co-injection of serralysin-deficient Serratia mutant (Δser) cells with LPS. When hemolymph proteins were analyzed after injection of serralysin to identify host target protein(s) of secreted serralysin, chitinase. and vitellogenin of host insect were specifically degraded, providing a reasonable answer why M3-colonizing Serratia cells should lose their LPS O-antigen in the host insects. These results demonstrate that LPS O-antigen of entomopathogenic Serratia plays an important role in induction of Serratia virulence factor during infection.
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