当抗生素失效这种病毒或成救命稻草

  获取情报是战场上取胜敌人的关键,知己知彼方能百战百胜。这种策略,在微生物界中竟然也同样奏效,来自普林斯顿大学的研究人员就发现病毒会窃听细菌的交流信息,并时刻准备对其发起攻击。这项发现近期刊登在了Cell杂志上。

  来自普林斯顿大学的分子生物学家Bonnie Bassler发现了一类称作VP882的病毒,这种病毒有一种“神奇”的特殊能力——监听细菌间的“对话”,就像隐藏在敌军中的间谍,随时对细菌发起暗杀行动。Bassler在文献中展示,该系统已经成功地在大肠杆菌、霍乱弧菌、沙门氏菌中起到完美杀菌作用,即使这三种细菌已经在演化历程上分离数百万年之久。研究者表示,结果出乎意料,这意味该系统将会对更多的细菌起作用,有望成为一种治疗细菌感染的普适性方案。

  细菌天敌

  VP882病毒的本质是噬菌体(Phage),噬菌体是感染细菌、真菌、藻类等微生物的病毒总称,可以引起宿主菌的裂解。在我们肉眼不可见的生物界中,细菌与噬菌体的博弈从来没有停止过。但直到1915年,这场微型战争才被人类观察到,加拿大细菌学家Felix发现病毒和痢疾杆菌混合后,细菌会出现死亡,他将其称作Bacteriophage。这些博弈也在推动着二者共同演化,2005年Waldor就在研究中提到,一些非毒性菌为了应对噬菌体会演化出有毒的亚型,并且分泌毒性因子。2012年Faruque也指出,细菌的演化很大程度上依赖于和噬菌体的交互作用。

  噬菌体将自己的基因组注入到细菌体内。

  噬菌体在侵染细菌后,通常只有两种选择,寄宿在细菌体内“潜伏”或者杀死细菌放出“后代”,选择后者就意味着周围要有更多的细菌作为寄生目标,病毒暴露后微环境中没有细菌就代表自己要死亡。Bassler的实验发现,噬菌体会通过感应细菌群体的交流信息来避免这种后果的发生。它们一直等待这些细菌宿主发出一个信号——我们有很多伙伴,“这些噬菌体非常狡猾,一直偷偷接收细菌群体感应信号,”Bassler表示,“之前完全没有人发现过。”

  2016年,Bassler研究团队在霍乱弧菌中发现了一类新的群体感应系统,这个系统里面包含被称作DPO的自体诱导物(autoinducer),这种信号分子可以被VqmA受体蛋白检测到。当细菌刚开始侵入其他宿主体内时,数量并不多,因此DPO信号并不强。但是一旦环境适合,细菌数量成指数上升,DPO信号会积累到比较高的水平,这个时候会被VqmA蛋白检测到。此时细菌就知道这个聚集地容量已经趋于饱和,便会开始启动转移,而不是选择进行感染宿主。这也是霍乱弧菌的感染难以察觉的原因,“它们通过相互传输信号,不断壮大并寻找佳的感染时机。”

  病毒间谍

  Bassler实验室的研究生Silpe在数据库中寻找装配VqmA蛋白的其他生物体时,他发现许多不同种属的弧菌都会表达VqmA。让他感到意外的是,一种病毒同样会表达,也就是噬菌体VP882,一种10年前由中国台湾科学家黄显宗在海洋弧菌中发现的病毒。“细菌利用VqmA接收DPO信号,病毒拿着它做什么?”在实验记录中,Silpe提出了这个问题。

  电镜显示噬菌体聚集在细菌表面。

  尽管时间已久,Bassler通过资源共享库获取了当年台湾实验的同一批细菌。幸运地是,这些细菌样本中,某些还含有噬菌体VP882。他将VP882与霍乱菌混在一起,当没有DPO信号时,两者处于互不侵犯的状态,但随着DPO信号分子的加入,细菌开始死亡。并且将VP882中的VqmA突变后,噬菌体不会再杀死细菌。至此,Silpe基本确定找到了问题的答案,病毒在悄悄地“密谋”一件大事,其VqmA能够对细菌分泌的DPO信号分子起到识别作用。一旦病毒察觉到了该信号,就会从“潜伏”状态转变成“暗杀”状态,将宿主细菌杀死。

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