Cell:細菌世界的針鋒相對
日期:2013-02-19 09:17:36
霍亂弧菌(Vibrio cholerae)對缺乏清潔飲用水的國家是一種禍患。銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)則讓囊性纖維化病患者深受其害。不動桿菌屬(Acinetobacter species)是一種針對易感人群感染的條件致病微生物。大腸桿菌(Escherichia coli)則是食源性疾病的罪魁禍首。
當這些細菌入侵它們的人類宿主時,它們會給人們帶來痛苦,導致死亡。然而在受到刺激時,這些病原體也會互相搏斗。在一項新研究中,來自哈佛醫學院的科學家們利用實時熒光顯微鏡捕捉了這一“細菌間針鋒相對”(Tit-for-Tat)的情景,闡明了細菌以驚人的準確性利用微小戰爭機器,選擇性反擊敵人的機制。
哈佛醫學院微生物學和分子遺傳學教授、微生物學和免疫學系主任John Mekalanos,曾在去年的研究中揭示出了霍亂弧菌借助于6型分泌系統(T6SS)戰勝同類競爭者的機制。霍亂弧菌利用這一動力納米機器刺穿微生物對手釋放了一種有毒蛋白質。Mekalanos實驗室前博士后研究人員、現任職華盛頓大學的Joseph Mougous發現,免疫蛋白有可能保護這些細菌細胞避開了這樣的攻擊。當微生物學和免疫學研究人員Marek Basler與Mekalanos在顯微鏡下觀察到這些激烈的搏斗時,才意識到這些姊妹細菌之間存在相互攻擊。
在發表在最新一期《細胞》(Cell)雜志上的一篇論文中,Basler和研究生Brian Ho進一步研究了這一現象,探尋了當細菌遭遇其他利用T6SS武器的細菌種類時所發生的事件。他們發現,銅綠假單胞菌利用同樣的聰明策略,檢測并反擊了膽敢利用T6SS武器對付它的細菌對手。
為了弄清細菌在戰場上所采用的這一戰術,三位科學家們首先讓銅綠假單胞菌與霍亂弧菌發生了爭斗。他們觀察了有無活性T6分泌系統的細菌細胞的行動機制,發現結果驚人的一致。當銅綠假單胞菌感應到武裝T6SS的霍亂弧菌時,它會迅速作出回應,用自身的T6SS炮彈在其被靶向的精確位點作出反擊。當科學家們讓霍亂弧菌細胞的T6SS失活時,銅綠假單胞菌則不會理會它們。在一項存在銅綠假單胞菌、負荷T6SS霍亂弧菌和不負荷T6SS霍亂弧菌的三方(three-way)實驗中,研究人員證實銅綠假單胞菌利用它的T6SS機器特異性地對抗了T6SS陽性霍亂弧菌,而忽視了混合菌群中其余的細菌。為了確定其他細菌是否也引發了相同的反應,科學家們針對不動桿菌和大腸桿菌也開展了實驗,并獲得了相同的結果。只有T6SS陽性的不動桿菌會受到銅綠假單胞菌的反擊,而大腸桿菌則毫發無傷。
“這確切地證實了該系統極其擅長檢測并殺死攻擊細胞,而不會導致間接傷害,”Mekalanos說。
Basler說:“有一個極好的理由來解釋這樣的高效行為:它使得細菌細胞能夠精確靶向射擊,而不會胡亂開火,從而不會造成能源浪費。”
細菌生活在龐大的社區中,相互間既有合作,也有競爭。
“這有可能反映了在細胞外環境中,或甚至在人類宿主體內時,細菌形成生物膜,生存在一起,所做出的生態決定。當我們第一次開展這項研究工作時,發現細菌能以這樣一種直接和動態的方式相互反應,我們真的感到很驚訝,”Mekalanos說。
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