研究表明細(xì)菌利用病毒進(jìn)行自我識別

通常在我們的腸道中定殖的細(xì)菌細(xì)胞可以使用傳統(tǒng)上被認(rèn)為是他們的敵人 - 病毒來區(qū)分其他細(xì)菌物種。研究人員于4月16日在Cell Reports雜志上報(bào)道，一些細(xì)菌利用感染它們的病毒(即噬菌體)進(jìn)行自我識別，從而表現(xiàn)出更強(qiáng)的適應(yīng)性，排斥缺乏這種適應(yīng)性的競爭對手。

這是細(xì)胞通過使用病毒與相關(guān)競爭者區(qū)別開來的第一個(gè)證據(jù)。這意味著我們應(yīng)該重新評估病毒與其細(xì)胞宿主之間的關(guān)系，因?yàn)椴《靖腥居袝r(shí)會帶來好處。“

賓夕法尼亞州立大學(xué)的托馬斯伍德，該研究的共同高級作者之一

研究的想法始于伍德和他的團(tuán)隊(duì)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?yàn)樗鼈儽舜擞蝿?。為了研究其潛在機(jī)制，賓夕法尼亞州立大學(xué)的第一作者Sooyeon Song和中國科學(xué)院的共同高級研究作者王曉雪篩選了4,296個(gè)單基因的完整大腸桿菌K-12文庫的游泳行為。擊倒。

他們發(fā)現(xiàn)分界線完全消失，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)突變影響了一些噬菌體復(fù)制所需的基因。研究結(jié)果表明，噬菌體相關(guān)蛋白負(fù)責(zé)細(xì)菌自我識別。

與這一想法相一致，研究人員發(fā)現(xiàn)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(xì)菌染色體中，但不會形成活性噬菌體顆?；蚱屏?“裂解“)他們的宿主細(xì)胞。特別是，另外的實(shí)驗(yàn)表明，分界線需要隱性原噬菌體CPS-53及其蛋白質(zhì)之一YfdM。

由于CPS-53在細(xì)胞裂解和噬菌體顆粒產(chǎn)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(xì)胞裂解形成的。他們發(fā)現(xiàn)將含有一種叫做SW1的活性裂解噬菌體的細(xì)菌細(xì)胞暴露于YfdM會刺激噬菌體顆粒的產(chǎn)生并導(dǎo)致細(xì)胞裂解，主要是那些缺乏SW1的細(xì)胞。更高濃度的YfdM或噬菌體顆粒在細(xì)菌細(xì)胞之間產(chǎn)生更厚的分界線。研究結(jié)果表明SW1通過使用宿主的隱秘原噬菌體蛋白質(zhì)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(xì)胞外，主要在細(xì)胞上沖浪，”伍德說。“因此，細(xì)菌細(xì)胞正在使用一種新的病毒SW1，對抗其競爭對手并使用一種攻擊數(shù)百萬年前病毒的蛋白質(zhì)。”

該策略明顯有益于宿主細(xì)胞，其抵抗了缺乏SW1的其他菌株，并且當(dāng)用來自其他菌株的噬菌體顆粒攻擊時(shí)顯示出生長優(yōu)勢。“一種新的病毒SW1和一種舊的病毒蛋白YfdM在細(xì)胞搜索食物時(shí)被用作工具 - 所有細(xì)菌通常都在挨餓，”伍德說。“基本的想法是攜帶病毒SW1的細(xì)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(xì)胞比缺乏病毒的細(xì)胞更合適。”

這種新發(fā)現(xiàn)的自我識別機(jī)制允許細(xì)菌形成社會群體，與親屬合作，同時(shí)在對營養(yǎng)，毒力，保護(hù)，群體感應(yīng)和生物膜形成可能重要的行為中對抗非親屬。“細(xì)菌經(jīng)常被認(rèn)為是單獨(dú)生活，但實(shí)際上它們可以作為群體來覓食，”伍德說。“為了作為一個(gè)群體，他們必須能夠?qū)⒆约号c其他細(xì)菌區(qū)分開來。在一種社交活動中，當(dāng)他們進(jìn)行交流時(shí)，細(xì)菌細(xì)胞會分泌化學(xué)信號進(jìn)行交流?，F(xiàn)在我們展示細(xì)胞利用病毒來區(qū)別于相關(guān)細(xì)菌。“

在未來的研究中，研究人員計(jì)劃研究SW1如何避免攻擊其宿主細(xì)胞，而主要?dú)⑺廊狈Σ《镜募?xì)菌。最終，了解細(xì)胞如何競爭可能對模仿自然和使用細(xì)菌的合成生物學(xué)應(yīng)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(xì)胞，我們或許可以更好地利用病毒來對抗細(xì)菌感染。”

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