云南大学教授发PNAS封面文章 解析侵染机制

　　

生物通报道：来自云南大学教育部微生物资源重点实验室，加拿大麦克马斯特大学（McMaster University）等处的研究人员解答了细菌侵染线虫过程中的重要问题，提出了捕食关系中细菌的致病机理，这有助于科学家们进一步了解微生物侵染宿主机制，也对于研制新型生物防治方法具有重要意义。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

领导这一研究的是云南大学生科院张克勤教授，其早年毕业于贵州农学院，主要从事食线虫菌物、微生物分子生物学和基因与蛋白组学方面的研究，获多项科学进步奖。

据科学时报报道，这项研究首次发现了杀线虫细菌侵染线虫的一种新的分子机制，并命名为特洛伊木马机制。细菌侵染线虫的特洛伊木马机制的发现，将有助于人们发展新的、有效的生物防治策略来防治危害农作物的线虫，实现有害线虫的可持续控制。PNAS编辑部将此文选为该期的热点文章，并配发了编委评述：“病原微生物与其宿主线虫是如何相遇并发生作用的，是阐明侵染过程的重要问题之一。

为揭示杀线虫细菌的致病机理，研究人员首先从土壤中筛选出1株具有较强杀线虫活性的细菌新种B16。他们针对野生型和敲除毒力的突变型菌株开展了一系列实验，在倒扣平板实验中发现，相对于普通的大肠杆菌，B16菌株具有较强的吸引线虫的能力，原因在于该细菌能释放芳香的挥发性物质，如苯甲醛和2-庚酮等来引诱线虫。

有趣的是，细菌使用的这种‘诡计’和古希腊神话故事特洛伊战争中用于引诱敌人的‘特洛伊木马’策略具有异曲同工之妙。引诱线虫的芳香物质是细菌使用常规的生物合成途径产生的，这种进化上的‘诡计’能够最大程度降低细菌的能耗。细菌通过伪装进入了‘敌人’线虫的体内，紧接着在线虫体内分泌毒力极强的胞外蛋白酶Bace 16和Bae 16侵染线虫。该研究通过蛋白质的异源/同源表达、基因敲除、荧光蛋白定位、显微注射等一系列功能实验，确定了这些胞外蛋白酶在侵染中发挥的协同作用和侵染靶点，证实了肠道损伤是导致线虫死亡的主要原因。另外，这些胞外蛋白酶很可能降解一些维持线虫生命的蛋白质，如肌球蛋白、ATP酶相关蛋白等，加速了线虫的死亡。”

同时，为确证杀线虫芽孢杆菌对线虫的侵染不仅仅是实验室条件下观察到的一种现象，也是自然界中客观存在的，张克勤等还开展了自然条件下的土壤实验。结果显示，在自然土壤中，致病细菌B16同样具有对线虫的吸引、固定和杀死能力，且其毒性蛋白酶在土壤中侵染线虫的方式也与实验室观察到的一致。

PNAS审稿人认为，该研究建立了一个极为精巧的体系来阐述捕食关系中细菌的致病机理，在揭示致病细菌产生的引诱物和蛋白酶降解靶标过程中开展了大量令人钦佩的研究工作。细菌的这种“特洛伊木马”式的侵染策略尤其引人瞩目。该研究成果对微生物侵染宿主领域的知识作了重要的增补，将极大地拓展人们对细菌致病机制的了解。

原文摘要：

A Trojan horse mechanism of bacterial pathogenesis against nematodes

Understanding the mechanisms of host–pathogen interaction can provide crucial information for successfully manipulating their relationships. Because of its genetic background and practical advantages over vertebrate model systems, the nematode Caenorhabditis elegans model has become an attractive host for studying microbial pathogenesis. Here we report a “Trojan horse” mechanism of bacterial pathogenesis against nematodes. We show that the bacterium Bacillus nematocida B16 lures nematodes by emitting potent volatile organic compounds that are much more attractive to worms than those from ordinary dietary bacteria. Seventeen B. nematocida-attractant volatile organic compounds are identified, and seven are individually confirmed to lure nematodes. Once the bacteria enter the intestine of nematodes, they secrete two proteases with broad substrate ranges but preferentially target essential intestinal proteins, leading to nematode death. This Trojan horse pattern of bacterium–nematode interaction enriches our understanding of microbial pathogenesis.

作者简介：

张克勤

教授，硕士/博士导师

(Data Last updated Sept. 1, 2009)

云南大学生命科学学院微生物发酵工程重点实验室

学历

1981年2月 学士学位 (贵州农学院植保专业)

1989年7月 硕士学位 (贵州农学院植物病理专业/线虫生防方向)

1998年7月 博士学位 (中国农业大学真菌专业/食线虫菌物方向)

学术任职及兼职

1992年7月～2002年8月， 中国菌物学会理事

2002年9月～至今，中国菌物学会副理事长

2005年9月～至今，中国微生物学会理事。

代表论文和著作

.1．Ming-He Mo, Wei-Min Chen, Hong-Yan Su and Ke-Qin Zhang﹡. 2006, Heavy metal tolerance of nematode-trapping fungi in lead-polluted soils. Applied Soil Ecology 31：11-19.

2．Liu SQ, Meng ZH, Yang JK, Fu YX, Zhang KQ. 2007. Characterizing structural features of cuticle-degrading proteases from fungi by molecular modeling. BMC: Structure Biology 7:1-33.

3．Yang JK, Ye FP, Mi QL, Tang SQ, Li J, Zhang KQ. 2008. Purification and cloning of an extracellular serine protease from the nematode-trapping fungus Monacrosporium cystosporium. Journal of Microbiology and Biotechnology 18：852-858. (IF: 2.062)

4． 中国真菌志——节丛孢属，2006.中国科学出版社

获奖成果和名誉称号

1．"根结线虫生防真菌资源的研究与应用"获2004年国家科技进步二等奖，第1完成人；

2．"中国线虫生防资源研究与应用"获1994年贵州省科技进步一等奖，第1完成人；

3．"根结线虫生防菌剂的研制与应用"获2001年云南省科技进步一等奖，第1完成人；

4．“云南高原杀线虫微生物多样性”获2007年云南省自然科学一等奖，第1完成人

5．2006年获何梁何利奖；1995年获"全国青年科技标兵"奖，全国优秀教师奖，享受国务院政府特殊津贴；2002年获"中国优秀青年科技创新奖"；2008年获首届谈家桢生命科学奖

讲授主要课程

《科学研究的程序和方法、《微生物发酵前沿进展》（研究生课程）， …. ….

主要研究兴趣

1．食线虫菌物

2．微生物分子生物学

3．基因与蛋白组学

对招收研究生的要求

专业背景：生物学
能力要求：勤奋努力
特殊说明：较好的英语阅读能力

治学格言

远大理想和切实可行的目标、持之以恒，锲而不舍精神、勤奋工作，求真务实的作风