細菌利用病毒來區分朋友和敵人

該照片顯示了細胞如何攜帶新的裂解噬菌體SW1，使得相關細菌可以相互識別，並且可以殺死其他細菌，使得攜帶噬菌體的細菌在覓食時具有競爭優勢。

圖片來源：Sooyeon Song和Missy Hazen

通常在我們的腸道中定殖的細菌細胞可以使用傳統上被認為是他們的敵人 - 病毒來區分其他細菌物種。研究人員於4月16日在Cell Reports雜誌上報道，一些細菌利用感染它們的病毒（即噬菌體）進行自我識別，從而表現出更強的適應性，排斥缺乏這種適應性的競爭對手。

「這是第一個通過使用病毒將細胞與相關競爭者區分開來的證據，」賓夕法尼亞州立大學的托馬斯伍德說，該研究的共同資深作者之一。「這意味著我們應該重新評估病毒與其細胞宿主之間的關係，因為病毒感染有時會有好處。」

研究的想法始於伍德和他的團隊注意到在不同的大腸桿菌K-12菌株之間形成的分界線，而不是在相同的克隆之間，因為它們彼此遊動。為了研究其潛在機制，賓夕法尼亞州立大學的第一作者Sooyeon Song和中國科學院的共同高級研究作者王曉雪篩選了4,296個單基因的完整大腸桿菌 K-12文庫的游泳行為。擊倒。

他們發現分界線完全消失，因為只有一個突變影響了一些噬菌體複製所需的基因。研究結果表明，噬菌體相關蛋白負責細菌自我識別。

與這一想法相一致，研究人員發現大腸桿菌 K-12菌株的分界線也被淘汰，這種菌株缺乏所有九種神秘的前體 - 噬菌體基因組已整合到細菌染色體中，但不會形成活性噬菌體顆粒或破裂（「裂解「）他們的宿主細胞。特別是，另外的實驗表明，分界線需要隱性原噬菌體CPS-53及其蛋白質之一YfdM。

由於CPS-53在細胞裂解和噬菌體顆粒產生方面基本上無活性，研究人員懷疑分界線是通過由不同的活性噬菌體引起的細胞裂解形成的。他們發現將含有一種叫做SW1的活性裂解噬菌體的細菌細胞暴露於YfdM會刺激噬菌體顆粒的產生並導致細胞裂解，主要是那些缺乏SW1的細胞。更高濃度的YfdM或噬菌體顆粒在細菌細胞之間產生更厚的分界線。研究結果表明SW1通過使用宿主的隱秘原噬菌體蛋白質CPS-53的YfdM來繁殖，從而控制分界線的形成。

「 大腸桿菌利用它的老敵人的工具，它被困在它的染色體上，與這種新的病毒SW1一起工作，它主要停留在細胞外，主要在細胞上衝浪，」伍德說。「因此，細菌細胞正在使用一種新的病毒SW1，對抗其競爭對手並使用一種攻擊數百萬年前病毒的蛋白質。」

該策略明顯有益於宿主細胞，其抵抗了缺乏SW1的其他菌株，並且當用來自其他菌株的噬菌體顆粒攻擊時顯示出生長優勢。「一種新的病毒SW1和一種舊的病毒蛋白YfdM在細胞搜索食物時被用作工具 - 所有細菌通常都在挨餓，」伍德說。「基本的想法是攜帶病毒SW1的細胞沒有像之前沒有看過病毒SW1那樣被殺死。所以攜帶病毒SW1的細胞比缺乏病毒的細胞更合適。」

這種新發現的自我識別機制允許細菌形成社會群體，與親屬合作，同時在對營養，毒力，保護，群體感應和生物膜形成可能重要的行為中對抗非親屬。「細菌經常被認為是單獨生活，但實際上它們可以作為群體來覓食，」伍德說。「為了作為一個群體，他們必須能夠將自己與其他細菌區分開來。在一種社交活動中，當他們進行交流時，細菌細胞會分泌化學信號進行交流。現在我們展示細胞利用病毒來區別於相關細菌。「

在未來的研究中，研究人員計劃研究SW1如何避免攻擊其宿主細胞，而主要殺死缺乏病毒的細菌。最終，了解細胞如何競爭可能對模仿自然和使用細菌的合成生物學應用有用。「此外，如果我們更好地了解病毒如何選擇攻擊哪種細胞，我們或許可以更好地利用病毒來對抗細菌感染。」

（來源：細胞出版社）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！