Abstract Lipid droplet (LD) is a monolayer phospholipid membrane-bound organelle found in all eukaryotes and several prokaryotes which plays key roles in cellular lipid homeostasis and human health. The origin and evolution of the organelle remains unknown. Here, we report that through screening over 660 bacteria using biophysical and biochemical methods, plus LD isolation and proteomic tool, LDs were identified in most of these microbes, affiliated with five main bacterial phyla. Moreover, LDs were also identified in E. coli overexpressing lipid synthesis enzymes, indicating that bacteria without detectable LDs possessed the ability of LD biogenesis. The similarity of isolated LDs from representative strains and evolutionary analysis of LD major protein PspA demonstrate that LDs were conserved in bacteria. Furthermore, time-lapse imaging revealed that LDs were inheritable accompanying with bacterial growth and division. Finally, a common ancestor of LD-containing bacteria was predicted to originate 3.19 billion years ago by a phylogenetic analysis. Our findings suggest that LD is a widespread and inheritable organelle from an ancient common ancestor.

Abstract Much attention has been focused on the possibility that cytoplasmic proteins and RNA may be conveyed between cells in extracellular vesicles (EVs) and tunneling nanotube (TNT) structures. Here, we set up two quantitative delivery reporters to study cargo transfer between cells. We found that EVs are internalized by reporter cells but do not efficiently deliver functional Cas9 protein to the nucleus. In contrast, donor and acceptor cells co-cultured to permit cell contact resulted in a highly effective transfer. Among our tested donor and acceptor cell pairs, HEK293T and MDA-MB-231 recorded optimal intercellular transfer. Depolymerization of F-actin greatly decreased Cas9 transfer whereas inhibitors of endocytosis or knock-down of genes implicated in this process had little effect on transfer. Imaging results suggest that intercellular transfer of cargos occurred through open-ended membrane tubular connections. In contrast, cultures consisting only of HEK293T cells form close-ended tubular connections ineffective in cargo transfer. Depletion of human endogenous fusogens, syncytins, especially syncytin-2 in MDA-MB-231 cells, significantly reduced Cas9 transfer. Full-length mouse syncytin, but not truncated mutants, rescued the effect of depletion of human syncytins on Cas9 transfer. Mouse syncytin overexpression in HEK293T cells partially facilitated Cas9 transfer among HEK293T cells. These findings suggest that syncytin may serve as the fusogen responsible for the formation of an open-ended connection between cells.

Summary Recent research has accumulating evidence to support that gut microbiota can be a newly discovered organ/tissue for humans. Although the functions of gut microbiota have been linked to almost all aspects of human physiological, most findings so far are still either belonged to correlational research or at preliminary stage of causal study due to the complexity of gut microbiota as well as lack of proper tools and methods. Thus, development of new approaches is essential and necessary. Lipid droplet is a cellular organelle governing cell lipid homeostasis that is directly related to human metabolic syndromes. Previously we and other groups found lipid droplets in several bacterial strains. We wonder if gut bacteria have lipid droplets. If so, these bacteria may play key roles to regulate gut lipid content, remove unnecessary lipids and produce useful lipid molecules for host. Here we identified lipid droplet-like structures in freshly isolated bacteria from mouse small and large intestines, as well as mouse and human feces. We also purified and analyzed lipid droplets from a cloned human gut bacterium Streptomyces thermovulgaris . Together, we demonstrate the existence of lipid droplets in gut microbiota and established an approach to study them.

The effects of co-occurrent pollutants on antibiotic resistance genes (ARGs) in wastewater treatment plants (WWTPs) have raised attentions. However, how the different realistic exposure scenarios determining the effects of nanomaterials (NMs) on ARGs, was still unknown. Herein, the effects of NMs on ARGs under two realistic scenarios was investigated by short-term and long-term exposure modes. The presence of NMs with two different exposure modes could both promote the dissemination of ARGs, and the results were dose-, type- and duration-dependent. Compared to short-term exposure, the long-term exposure increased the abundances of ARGs with a greater extent except nano-ZnO. The long-term exposure increased the overall abundances of target ARGs by 2.9%-20.4%, while shot-term exposure caused the 3.4%-10.5% increment. The mechanisms of ARGs fates driven by NMs exposure were further investigated from the levels of microbial community shift, intracellular oxidative stress, and gene abundance. The variations of several potential bacterial hosts did not contribute to the difference in the ARGs transmission with different exposure modes because NMs types played more vital roles in the shift of microbial community compared to the exposure modes. For the short-term exposure, NMs were capable of triggering the QS by upregulating relevant genes, and further activated the production of surfactin and increased membrane permeability, resulting in the facilitation of ARGs transfer. However, NMs under long-term exposure scenario preferentially stimulated oxidative stress by generating more ROS, which then enhanced ARGs dissemination. Therefore, the exposure mode of NMs was one of the pivotal factors determining the ARGs fates by different triggering mechanisms. This study highlighted the importance of exposure scenario of co-occurrent pollutants on ARGs spread, which will benefit the comprehensive understanding of the actual environmental fates of ARGs.