AbMole 铜绿假单胞菌与上呼吸道类器官共培养体系的双RNA测序分析

AbMole|铜绿假单胞菌与上呼吸道类器官共培养体系的双RNA测序分析铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa）作为一种革兰氏阴性机会致病菌，在囊性纤维化（CysticFibrosis,CF）患者的气道感染中扮演了重要角色。来自Hubrecht研究所KNAW和乌得勒支大学医学中心的CayetanoPleguezuelos-Manzano,WouterA.G.Beenker等多名研究人员发表了题为《DualRNAsequencingofaco-culturemodelofPseudomonasaeruginosaandhuman2Dupperairwayorganoids》的研究成果。在该文章中，研究人员使用了Y-27632（AbMole，M1817）。为了更深入地理解铜绿假单胞菌与宿主细胞之间的相互作用，本研究建立了一种新的共培养模型，将源自健康个体和囊性纤维化患者的2D上呼吸道类器官与铜绿假单胞菌PAO1菌株（包括野生型和群体感应突变型）进行共培养，并通过双RNA测序技术分析了双方的转录组响应。以下是对本研究实验结果的详细描述。本研究采用了2D上呼吸道鼻类器官作为实验模型，这些类器官源自健康个体和囊性纤维化患者的干细胞，并在气液界面（Air-LiquidInterface,ALI）条件下进行分化，以模拟体内生理环境。铜绿假单胞菌PAO1菌株，包括野生型（WT）和QS突变型（ΔQS，ΔpqsA），被用于与类器官进行共培养。共培养时间为14小时，以确保足够的时间让细菌和类器官发生相互作用，同时避免上皮细胞因细菌毒性而受损。实验结果显示，铜绿假单胞菌的野生型和QS突变型均能够诱发上皮细胞的炎症反应。具体而言，共培养后的类器官表现出多种炎症相关基因的上调，包括IL1A/B、TNFA和多种CXCL趋化因子等。这些基因的上调表明上皮细胞正在积极应对细菌感染，试图通过炎症反应来清除病原体。值得注意的是，QS信号在这一过程中并未观察到显著影响，表明铜绿假单胞菌的毒性主要来源于其直接的物理接触和分泌的毒性因子，而非QS调控的毒力因子。图1上皮细胞对不同PAO1菌株感染的转录反应。双RNA测序还揭示了铜绿假单胞菌在共培养条件下代谢途径的显著变化。与单独培养的细菌相比，共培养的铜绿假单胞菌表现出更强的碳源利用能力，包括氨基酸和糖类的代谢。此外，氮代谢途径也被激活，特别是与反硝化作用相关的基因表达上调，这可能有助于细菌在缺氧环境下利用硝酸盐作为电子受体进行呼吸。这些代谢变化表明，上皮细胞为铜绿假单胞菌提供了一个富含营养的环境，促进了细菌的生长和代谢活动。图2PAO1对气道上皮存在的转录反应。本研究还探讨了上皮细胞对铜绿假单胞菌群体感应（QuorumSensing,QS）调控的影响。QS是细菌基于细胞密度调控毒力因子表达和生物膜形成的一种重要机制。实验结果显示，上皮细胞能够影响铜绿假单胞菌的QS调控网络，特别是与生物膜形成和毒力因子表达相关的基因。这种影响在QS突变型菌株中尤为明显，表明上皮细胞可能通过某种机制补偿了QS信号缺失对细菌行为的影响。为了验证该共培养模型的有效性，本研究还将其与公开的临床样本数据集进行了比较。结果表明，该模型在基因表达准确性方面表现出色，能够重现体内感染的重要特征，如代谢途径的变化、抗生素抵抗性的增强以及QS调控网络的扰动。这些结果表明，该共培养模型为研究铜绿假单胞菌感染机制提供了新的有力工具。综上所述，本研究通过双RNA测序技术深入分析了铜绿假单胞菌与上呼吸道类器官在共培养体系中的相互作用。实验结果表明，铜绿假单胞菌能够诱发上皮细胞的炎症反应，同时其代谢途径和QS调控网络也受到上皮细胞的影响。该共培养模型在重现体内感染特征方面表现出色，为