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恒遠(yuǎn)報(bào)道:生物學(xué)家將竊聽(tīng)細(xì)菌通信的病毒變成細(xì)菌殺手

閱讀次數(shù)：1040 發(fā)布時(shí)間：2018/12/17 10:12:42

恒遠(yuǎn)報(bào)道:在一項(xiàng)新的研究中，美國(guó)普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)家Bonnie Bassler和研究生Justin Silpe鑒定出病毒VP882能夠竊聽(tīng)細(xì)菌對(duì)話，隨后有點(diǎn)像間諜小說(shuō)里的情節(jié)，他們發(fā)現(xiàn)一種利用它攻擊大腸桿菌和霍亂弧菌等致病性細(xì)菌的方法。相關(guān)研究結(jié)果于2018年12月13日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“A Host-Produced Quorum-Sensing Autoinducer Controls a Phage Lysis-Lysogeny Decision”。
Bassler說(shuō)，“病毒檢測(cè)細(xì)菌用于通信的分子是一個(gè)全新的想法。Silpe發(fā)現(xiàn)這是首個(gè)自然發(fā)生的情形，隨后他重新設(shè)計(jì)了這種病毒，這樣他就能夠提供他選擇的任何感覺(jué)輸入，而不是通信分子，接著這種病毒就可根據(jù)需要?dú)⑺兰?xì)菌。”

    Bassler說(shuō)，病毒僅能做出一個(gè)決定：留在宿主細(xì)菌內(nèi)，或者殺死宿主細(xì)菌。這就是說(shuō)，病毒要么在它的宿主細(xì)菌內(nèi)部隱藏起來(lái)，要么激活一種殺死程序（kill sequence），這種殺死程序讓導(dǎo)致病毒會(huì)產(chǎn)生數(shù)百或數(shù)千個(gè)病毒后代，這就導(dǎo)致宿主細(xì)菌爆裂，從而殺死當(dāng)前的宿主細(xì)菌，并攻擊附近的其他宿主細(xì)菌。

    作出這種殺死決定存在著一種內(nèi)在的風(fēng)險(xiǎn)：“如果附近沒(méi)有其他的宿主細(xì)菌，那么病毒和它的所有后代都會(huì)死亡。”VP882找到了一種從這種決定中消除風(fēng)險(xiǎn)的方法：它竊聽(tīng)細(xì)菌宣布它們?cè)谝粋€(gè)群體中，這時(shí)當(dāng)病毒作出這種殺死決定時(shí)，就會(huì)增加釋放出來(lái)的病毒立即遇到新的宿主細(xì)菌的可能性。Bassler說(shuō)，“它是非常聰明和陰險(xiǎn)的。”

    Bassler在多年前就已發(fā)現(xiàn)細(xì)菌彼此間能夠溝通并感知彼此的存在，并且在采取一致行動(dòng)之前確保細(xì)菌數(shù)量到達(dá)它的法定水平。但是，她從未想到一種病毒能夠竊聽(tīng)這種群體感應(yīng)通信（quorum-sensing communication）。

    她笑著說(shuō)，“這些細(xì)菌被竊聽(tīng)了。另外，Silpe的研究表明這些群體感應(yīng)分子跨越生物界邊界傳遞信息。”病毒并不與細(xì)菌處于同一個(gè)生物界－－-事實(shí)上，病毒并不屬于任何生物界，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诩夹g(shù)上并不是活的。但是，讓人難以置信的是，病毒能夠檢測(cè)和理解細(xì)菌彼此之間的通信信號(hào)。這不同于敵對(duì)國(guó)家之間的互相監(jiān)視，也不同于人類與狗之間的交流－－-它們至少是相同生物界和動(dòng)物門（脊椎動(dòng)物）的成員。

    在發(fā)現(xiàn)這種跨生物界竊聽(tīng)（cross-kingdom eavesdropping）的首個(gè)證據(jù)后，Silpe開(kāi)始尋找并發(fā)現(xiàn)了更多的證據(jù)。

    Bassler說(shuō)，“他剛開(kāi)啟了一個(gè)全新的領(lǐng)域。僅有這樣的一個(gè)跨生物界通信的例子對(duì)我們沒(méi)有任何意義。Silpe發(fā)現(xiàn)了個(gè)例子，然后，在他的發(fā)現(xiàn)之后，他開(kāi)展更加深入的研究，他發(fā)現(xiàn)了一系列具有類似能力的病毒。這些病毒可能并非都在竊聽(tīng)這種群體感應(yīng)信息，但是很明顯的是，它們能夠竊聽(tīng)它們的宿主細(xì)菌的信息，然后利用這些信息殺死這些宿主。”

    Silpe說(shuō)，他是因?yàn)锽assler對(duì)細(xì)菌通信的研究而被吸引到她的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展研究。他說(shuō)，“通信似乎是一種進(jìn)化出來(lái)的特性。在聽(tīng)到細(xì)菌能夠做到這一點(diǎn)－－-這是她的發(fā)現(xiàn)，你想到的如此原始的有機(jī)體實(shí)際上能夠進(jìn)行通信，這真地是激動(dòng)人心的。病毒甚至比細(xì)菌更簡(jiǎn)單。比如，我研究的這種病毒大約僅有70個(gè)基因。將這些基因中的一個(gè)用于監(jiān)測(cè)群體感應(yīng)非常值得注意。通信顯然不是高等生物所獨(dú)有的。”

    一旦Silpe證實(shí)VP882正在竊聽(tīng)細(xì)菌彼此間的通信，他就開(kāi)始嘗試給它提供錯(cuò)誤的信息，以便誘導(dǎo)病毒激活殺死指令－－-從而將這種竊聽(tīng)病毒變成一種細(xì)菌殺手。

    VP882不是種用作抗菌治療的病毒。捕食細(xì)菌的病毒被稱為“噬菌體”，而且“噬菌體療法”－－-利用噬菌體靶向治療細(xì)菌性疾病－－-是一種已知的醫(yī)療策略。但是，VP882是個(gè)使用竊聽(tīng)來(lái)知道殺死它的靶標(biāo)的*佳時(shí)間，這使得Silpe在利用沙門氏菌和其他的致病菌開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)中首次使用具有跨生物界通信的噬菌體療法。

    此外，病毒VP882作為一種治療工具具有巨大潛力，這是因?yàn)樗⒉皇且环N典型的病毒。大多數(shù)病毒僅能夠感染特定類型的細(xì)胞。比如，流感病毒僅感染肺細(xì)胞；HIV僅感染特定的免疫系統(tǒng)細(xì)胞。但是，VP882具有“特別廣泛的宿主范圍”。到目前為止，Silpe僅在三種不相關(guān)的細(xì)菌－－-霍亂弧菌、沙門氏菌和大腸桿菌－－-中進(jìn)行了“概念驗(yàn)證”測(cè)試。這三種細(xì)菌已獨(dú)自進(jìn)化了數(shù)億年，因此如果它們都對(duì)這種細(xì)菌殺手很敏感，那么這意味著還更多的細(xì)菌也會(huì)如此。

    Bassler將這一發(fā)現(xiàn)歸功于Silpe。在確定霍亂弧菌中的一個(gè)新的群體感應(yīng)基因后，他選擇在基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索這個(gè)基因。除了找到一些相關(guān)的細(xì)菌菌株外，恰好有一種病毒也具有這個(gè)群體感應(yīng)基因。Bassler想知道它是否可能是一個(gè)毫無(wú)意義的數(shù)據(jù)噪音，但是Silpe想要獲得這種病毒的樣本并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

    她說(shuō)，“他熱情高漲，我想，‘管他呢，給這孩子一點(diǎn)支持吧。’如果這不能很快奏效，我們總是能夠換別的繼續(xù)開(kāi)展研究。他的想法很瘋狂，這因?yàn)閺膩?lái)沒(méi)有證據(jù)表明病毒會(huì)竊聽(tīng)宿主細(xì)菌信息并以此決定停留在宿主細(xì)菌中還是殺死它們。但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)室是建立在一些瘋狂的想法之上的，就像細(xì)菌之間的交流一樣，而我們也在某種程度上以此為生。當(dāng)然，這就是科學(xué)之美，普林斯頓大學(xué)的科學(xué)之美：你有足夠的資源來(lái)驗(yàn)證這些想法，看看是否確實(shí)如此。這一次，這不僅是確實(shí)如此，而且還是一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)。”

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