本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
我现在正在度假,所以这篇文章是从档案中改编的。它最初发布在我在 Field of Science 上的旧博客。
关于研究细菌,我有很多喜欢的地方。我喜欢它们的生物化学以及它们代谢途径的秘密内部运作。我喜欢它们所做的一切都能在单个细胞的范围内完成,而且我喜欢你可以相当容易地进入细菌细胞,随意摆弄基因,直到它们产生你想要的东西。
但目前我真正享受探索的是更生态的细菌学;细菌如何与它们的环境相互作用,它们如何应对压力变化,以及最重要的是,如何与其他细菌相互作用。我曾介绍过天然喉咙细菌如何帮助摧毁危险的病原体,如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)。因此,在这篇文章中,我将探讨几乎相反的情况;一些细菌如何互相帮助以感染人类。
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空肠弯曲杆菌是我感觉特别亲近的一种细菌,因为我在我的第一个暑期项目中就与它合作过。不幸的是,它不是一种非常好的细菌,可能导致严重的胃部疾病,并伴有一些罕见但相当危险的并发症。它存在于鸡肉和奶酪中,因为它完全能够在动物体内快乐地生存而不会引起任何疾病。
使用空肠弯曲杆菌(以下简称 C. jejuni)的问题之一是它对氧气量的要求非常挑剔。C. jejuni 是微需氧菌,这意味着它需要氧气,但只需要少量。如果你给它太多,所有细胞都会死亡。在我以前的实验室,这个问题通过使用密封容器和特殊包装的……东西……来解决,这些东西被放入容器内以创造合适的条件。这就提出了一个重要的问题;如果细菌必须被娇惯和保护才能在实验室的培养皿中培养,那么它们究竟是如何在鸡肉表面生存和生长的呢?
最近的一项研究(参考文献如下)发现,C. jejuni 得到了周围细菌的帮助。下图显示了 C. jejuni 和一种名为荧光假单胞菌的细菌紧密相互作用,它们之间有长长的纤维状结构连接。似乎没有人真正确定这些纤维状结构是什么,它们可能被用于化学通讯,或者它们可能只是保持细菌紧密的物理接触。
两种细菌都被确定为紧密接触,并且在显微镜下也能一起看到。进一步的实验表明,P. putida 是 C. jejuni 生存所必需的 - 一系列不同的 C. jejuni 菌株在有和没有支持性 P. putida 的情况下培养,以观察它们在完全需氧条件下可以存活多久。结果几乎是可笑的,在没有 P. putida 细菌的帮助下,弯曲杆菌会非常迅速地死亡。
图 A(顶部)显示了 C. jejuni 与 P. putida 一起生长的情况,图 B(下方)显示了 C. jejuni 单独生长的情况。图表显示了活细胞随时间推移的计数,很明显,在没有 P. putida 的帮助下,C. jejuni 死亡得更快。有趣的是,研究发现,特定菌株的 C. jejuni 和 P. putida 之间的相互作用也相当具体。正如你在上图中看到的,只有三种 C. jejuni 菌株在特定 P. putida 的帮助下存活超过 50 小时,尽管它们比完全没有帮助的情况下存活得更久。
由于 P. putida 是需氧菌,因此它们提供帮助的最可能解释是它们在直接周围环境中创造了一个氧气减少的微环境。这被认为是 C. jejuni 自然迁移到的环境类型。有趣的是,考虑到这可能不仅仅是一种互助关系,而更像是一种严重的剥削关系,C. jejuni 尽可能快地涌向 P. putida 创建的环境,然后将它们全部包裹在粘性网状物中以阻止它们移开。
这种特殊的关系并不适用于所有 C. jejuni,在其他环境中,例如在人类和鸡粪中,C. jejuni 可以很好地独立存在,但在肉类表面的高需氧环境中,它们依赖其他细菌才能生存。这对细菌的治疗具有有趣的意义(特别是对于耐抗生素的 C. jejuni 菌株),但这再次提醒我们,尽管在实验室条件下,细菌并非孤立存在。它们居住在一个完整的微小世界中,有其自身的挑战,周围环绕着其他细菌,这些细菌既能改善也能恶化它们的环境。
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参考文献:Hilbert F, Scherwitzel M, Paulsen P, & Szostak MP (2010). 在大气氧气张力条件下,荧光假单胞菌属支持空肠弯曲杆菌的存活。应用与环境微生物学,76 (17), 5911-7 PMID: 20639377