Germophobes - 讓我們聊聊。微生物無處不在 - 每個(gè)表面，每個(gè)物體，每種植物和動(dòng)物。是的，包括你內(nèi)心。沒錯(cuò)，其中一些會(huì)導(dǎo)致疾病。

等等 - 暫時(shí)還沒達(dá)到洗手液。他們中的許多人是我們團(tuán)體中的共同居民，提供有益的服務(wù)以換取我們的一些資源。這是一種叫做共生的關(guān)系，我們在這種關(guān)系中提供一個(gè)舒適的家，他們以無數(shù)有趣的方式回報(bào)他們。科學(xué)剛剛開始劃清我們體內(nèi)微生物為我們所做的事情。

到目前為止，科學(xué)家們對(duì)這些關(guān)系是如何產(chǎn)生的只是一種模糊的理解?，F(xiàn)在，科林戴爾和他在猶他大學(xué)的同事們得到了答案。這是好消息和壞消息，生化恐懼癥：壞消息?相互作用的細(xì)菌始于入侵動(dòng)物細(xì)胞，就像惡毒的致病細(xì)菌一樣。好消息?一旦他們進(jìn)來，他們就會(huì)冷靜下來并且玩得很開心。

“當(dāng)我第一次進(jìn)入微生物學(xué)時(shí)，一切都與壞人有關(guān)，”生物學(xué)教授戴爾說。“微生物說唱不好。對(duì)我們來說，重要的是看到方程式的另一面，并了解這些友好關(guān)系是如何開始的。”

Dale的工作于5月10日在Cell Host&Microbe上發(fā)表，并由美國國立衛(wèi)生研究院資助。

Sodalis在野外

“我們對(duì)共生有很多了解，但我們不知道它是如何開始的，”戴爾說。他和其他研究人員調(diào)查昆蟲如何找到共生細(xì)菌伴侶并建立成功關(guān)系的問題。為此，他的實(shí)驗(yàn)室對(duì)共生共生體及其“野生”祖先的遺傳特征進(jìn)行了比較研究。這種比較很重要，也很有啟發(fā)性，因?yàn)樵谒麄兗乃藜抑械墓采w會(huì)失去他們不再需要的基因。“沒有比較，你真的無法研究這個(gè)過程，因?yàn)槟悴恢雷嫦鹊倪z傳能力”戴爾說。

戴爾的實(shí)驗(yàn)室很幸運(yùn)地發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)祖先。1999年，他發(fā)表了Sodalis的第一個(gè)描述，Sodalis是一種細(xì)菌，現(xiàn)在已被廣泛采用作為多種昆蟲寄主的共同伙伴。后來，在2012年，一位同事與他聯(lián)系，詢問了他收到的一個(gè)奇怪的生物標(biāo)本，這個(gè)標(biāo)本來自一名男子的感染，該男子在修剪死去的蟹蘋果樹時(shí)受傷。該標(biāo)本原來是Sodalis的一種，第一種被確定為在環(huán)境中獨(dú)立于昆蟲宿主生活。戴爾將其命名為Sodalis praecaptivus，表示它代表了Sodalis“預(yù)囚禁。”有了共生體和祖先，可以說，戴爾和他的同事們?nèi)パ芯績烧咧g的遺傳差異。

一堆死象鼻蟲

遺傳分析是繁瑣的工作。Dale的同事，博士后研究員Shinichiro Enomoto，花了三年時(shí)間創(chuàng)造了數(shù)百種S. praecaptivus突變株，缺乏可能對(duì)細(xì)菌在昆蟲宿主中茁壯成長的重要基因。然后將突變體注射到象鼻蟲中以觀察每個(gè)基因突變?nèi)绾斡绊懠?xì)菌的功能。

主要目的是確定祖先的基因，使其能夠抵抗昆蟲免疫系統(tǒng)的作用。然而，一個(gè)突變表現(xiàn)出意想不到的險(xiǎn)惡行為。受感染的象鼻蟲會(huì)在兩周內(nèi)死亡。

戴爾說：“他們變得不動(dòng)了，死了。”“我們以前從未見過。”

這種突變影響了一種稱為“群體感應(yīng)”的監(jiān)管系統(tǒng)，它允許細(xì)菌感知昆蟲自身種群的大小。在S. praecaptivus中，群體感應(yīng)基因控制在毒力中起作用的基因，或細(xì)菌積極進(jìn)入細(xì)胞的能力。許多引起疾病的細(xì)菌使用毒力因子來侵入和破壞細(xì)胞，并且當(dāng)它們的種群達(dá)到發(fā)生毀滅性攻擊的臨界閾值時(shí)，它們通常使用群體感應(yīng)來激活這些毒力因子。另一方面，S. praecaptivus使用群體感應(yīng)來確保僅在感染開始時(shí)部署毒力，以確保成功建立。

戴爾說：“這種特殊的遺傳程序設(shè)計(jì)允許它利用毒力進(jìn)入細(xì)胞，然后關(guān)閉毒力，以保持良性或友好的關(guān)聯(lián)。”

隨后的測試證實(shí)了群體感應(yīng)和毒力的作用。恢復(fù)群體感應(yīng)的機(jī)制導(dǎo)致健康的象鼻蟲。同樣，缺乏群體感應(yīng)但缺乏殺蟲毒素基因的S. praecaptivus突變體對(duì)宿主的危害較小。

一個(gè)出租車類比

戴爾提出昆蟲和細(xì)菌之間的共生關(guān)系是由于細(xì)菌利用昆蟲作為載體(出租車)在其他植物和動(dòng)物宿主之間傳播而在環(huán)境中感染而產(chǎn)生的。乘客乘坐出租車是因?yàn)樗蛩氤塑嚽巴康牡亍３鲎廛囂峁┏塑嚨緳C(jī)必須收費(fèi)，否則他/她不能與其他人群競爭并將滅絕。為了抵消騎行的成本，預(yù)計(jì)細(xì)菌會(huì)為它們的昆蟲“駕駛員”提供有益的東西。

“這提供了共生的手段，”戴爾說。“你已經(jīng)找到了出租車司機(jī)想要的東西，比如金錢。然后很容易想象出你從不離開駕駛室的方式。”只要司機(jī)能夠通過提供所有必需的營養(yǎng)來保持你的生命，他/她就可以獲得特殊的好處 - 從不需要找到另一位乘客。

最后的邊界就在我們身邊

戴爾指出，微生物學(xué)研究長期以來一直關(guān)注影響人類，動(dòng)物和經(jīng)濟(jì)重要作物的物種。細(xì)菌鑒定和測序的最新進(jìn)展已經(jīng)允許越來越多的環(huán)境，包括我們的皮膚，口腔和內(nèi)臟，放棄其微生物生物多樣性的秘密。但戴爾說還有更多值得探索的地方。“我們經(jīng)歷了對(duì)奇怪而美妙的采樣火山泉，地下冰凍湖和核反應(yīng)堆的迷戀，現(xiàn)在我們對(duì)微生物組及其在人類健康中的作用著迷。但是，顯然有很多值得學(xué)習(xí)的東西，特別是微生物生態(tài)學(xué)的領(lǐng)域，從研究樹枝等看似平凡的物品的微生物群，“他說。

至于S. praecaptivus，雖然Dale的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)進(jìn)行了詳盡的遺傳工作，以確定導(dǎo)致象鼻蟲殺傷的毒力基因，但他說這并不詳盡。戴爾說：“科學(xué)目前還不知道哪些新的基因是導(dǎo)致象鼻蟲死亡的原因。這既令人生畏，又令人生氣。”