在珊瑚礁周?chē)畈l(fā)展的微觀生活中，圣地亞哥州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)病毒和微生物之間的相互作用違背了傳統(tǒng)智慧。隨著生態(tài)系統(tǒng)中微生物密度的增加，感染這些微生物的病毒數(shù)量隨之增加。人們普遍認(rèn)為，這種不斷增長(zhǎng)的病毒群體會(huì)殺死越來(lái)越多的微生物，從而控制微生物種群。這是一個(gè)被稱(chēng)為“殺死勝利者”的模型 - 獲勝者是開(kāi)花的微生物細(xì)胞，殺手是病毒(主要是殺菌的病毒，稱(chēng)為噬菌體)，它們會(huì)感染它們。

然而，最近由SDSU病毒學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的珊瑚礁附近的病毒 - 宿主動(dòng)態(tài)研究表明，在某些條件下，病毒可以改變其感染策略。隨著潛在的宿主微生物變得越來(lái)越多，一些病毒放棄了快速?gòu)?fù)制，并選擇在其宿主內(nèi)安靜地居住，從而減少了病毒的數(shù)量。在今天發(fā)表在“ 自然 ”雜志上的一項(xiàng)研究中，研究人員將這種替代模型稱(chēng)為“背馱式獲勝者”，它可能對(duì)面向基于噬菌體的醫(yī)學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力產(chǎn)生影響，面對(duì)促進(jìn)微生物繁殖的環(huán)境干擾。

微生物種群爆炸可以采取多種形式 - 海洋和湖泊中的藻類(lèi)大量繁殖，土壤中的真菌枯萎和人類(lèi)細(xì)菌感染只是其中的幾個(gè)例子 - 病毒對(duì)這種快速微生物生長(zhǎng)的反應(yīng)長(zhǎng)期以來(lái)一直令生態(tài)學(xué)家感興趣。許多病毒可以在快速?gòu)?fù)制和休眠共存之間切換。幾十年來(lái)，大多數(shù)研究人員都認(rèn)為，在微生物種群繁盛期間，它們的病毒利用機(jī)會(huì)通過(guò)殺死豐富的微生物獲勝者而成倍增加。

“殺死勝利者似乎有道理，”SDSU的病毒生態(tài)學(xué)家，該研究的主要作者Ben Knowles說(shuō)。“它背后的邏輯已經(jīng)存在了一段時(shí)間。推理非常誘人。”

Knowles，以及該研究的其他主要作者，SDSU博士后研究員Cynthia Silveira，以及從數(shù)學(xué)，物理和統(tǒng)計(jì)學(xué)到生態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的合作者國(guó)際團(tuán)隊(duì)決定對(duì)此模型進(jìn)行測(cè)試。他們收集了太平洋和大西洋珊瑚礁附近的富含微生物的海水樣本。然后，他們結(jié)合使用顯微技術(shù)和基因組技術(shù)，分析了這些樣本中微生物和感染它們的病毒的豐度和性質(zhì)。

在殺死獲勝者模型下，研究人員希望在具有高微生物密度和生長(zhǎng)速率的樣本中發(fā)現(xiàn)每種微生物更多的病毒。然而，諾爾斯及其團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的恰恰相反：隨著微生物豐度的增加，病毒與微生物的比例顯著下降。

接下來(lái)，諾爾斯和他的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們將原始珊瑚礁位置和圣地亞哥Mission灣的海水孵化了幾天，在此期間他們監(jiān)測(cè)病毒和微生物的豐度。結(jié)果與他們的田間采樣相匹配，即使微生物種群開(kāi)花，病毒數(shù)量也保持相對(duì)較低。

為什么病毒不會(huì)通過(guò)感染它們并快速繁殖來(lái)利用不斷增加的宿主群體?他們?yōu)槭裁床粴⑺绖倮?進(jìn)一步探索這一現(xiàn)象，研究人員使用宏基因組分析來(lái)確定樣本中的病毒是否表現(xiàn)出毒性，捕食性狀或非掠奪性生活方式的標(biāo)志。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)在微生物數(shù)量較高的樣本中，病毒群落的毒力較小。

而不是繁殖和殺死他們蓬勃發(fā)展的宿主群體，而是更多的病毒將自己整合到他們的宿主中。病毒的復(fù)制速度更慢，但它們也避免與其他病毒競(jìng)爭(zhēng)，并且必須使用宿主自身的免疫防御系統(tǒng)。研究人員表示，這種背負(fù)式獲勝者模型能更好地解釋微生物快速生長(zhǎng)過(guò)程中的病毒 - 宿主動(dòng)態(tài)，而不是已建立的殺死獲勝者模型。

“如果你有一個(gè)快速增長(zhǎng)的主機(jī)，如果你是病毒，你可以從整合中獲得更多利益，”諾爾斯說(shuō)。“這只是智能寄生。”

更好地了解這些動(dòng)態(tài)有望改善人類(lèi)健康。例如，已經(jīng)提出特別靶向的噬菌體作為囊性纖維化等病癥的可能療法，囊性纖維化是由頻繁的細(xì)菌性肺部感染引起的。這一發(fā)現(xiàn)還有助于提高海洋生態(tài)學(xué)家對(duì)影響珊瑚礁健康的微生物力量的認(rèn)識(shí)。