本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
细菌会吃掉任何东西。它们高度多样化的生物化学特性以及快速适应变化的能力意味着它们可以适应从各种来源吸收营养,包括热酸湖和地下热液喷口内部。然而,细菌也会互相捕食,其中一种特殊的细菌,嗜水微vibrio,通过附着在其他细菌上并吸食它们的生命来做到这一点。
有各种不同类型的捕食性细菌,我在我以前的博客文章'细菌捕猎策略'中讨论了其中的一些。虽然那篇文章研究了像狼群一样追捕猎物的细菌,以及卷曲在细菌内部并从内部吞噬它的微小的Bdellovibrio,但Micavibrio对我来说是一个新的。它与其他细菌捕食者不同,因为它不是进入细胞内部,也不是杀死它然后吃掉残骸,而是简单地附着在缓慢死亡的细胞上并吸食它的生命,围绕着它的猎物分裂,直到猎物最终死亡。就像一只非常坚决且有点可怕的水蛭。
因此,Micavibrio的生命周期包括两个主要阶段。首先是攻击阶段,细菌必须寻找猎物。最初认为Micavibrio对它们捕食的特定细菌非常挑剔,但后来发现有些Micavibrio对它们的猎物不太挑剔。从抗菌的角度来看,这种特异性非常令人兴奋,因为任何针对危险细菌而不影响生活在我们体内的非危险细菌的东西都具有治疗潜力。特别有趣的是,Micavibrio不受生物膜的影响;生物膜是铜绿假单胞菌等细菌倾向于包裹自身形成的粘性层。抗生素在生物膜方面存在真正的困难,但Micavibrio可以游过它们。
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检查Micavibrio的基因组可以为它如何作为一种吸食性寄生虫发挥作用提供令人兴奋的答案。尽管完全依赖其他细菌生存,但它拥有令人印象深刻的代谢酶集合,与其他寄生细菌相比,基因组丢失的情况非常少。然而,它缺少几种制造氨基酸(蛋白质的组成部分)所需的基因,这解释了它对细菌猎物的依赖。虽然Micavibrio似乎非常乐意产生自己的能量,但为了生长、繁殖或制造任何新的蛋白质,它需要一个细菌宿主。Micavibrio也无法从环境中吸收氨基酸。你可以把它培养在含有它所需的所有氨基酸的培养基中,它仍然会死亡,因为它无法将它们运送到细胞中。它需要附着在另一种细菌上才能生存。它究竟是如何从猎物中获取氨基酸的仍然未知,尽管有人提出了细胞质桥和细胞内纳米管的假设。
虽然这从微生物学的角度来看非常吸引人,但我体内的合成生物学家已经在问,这种特定的杀菌机器是否可以有任何医疗用途。使用细菌来杀死细菌是一个有趣的想法,尽管Micavibrio必须配备死亡基因才能在疾病细菌被清除后将其处理掉。死亡基因的问题仅仅在于它在进化上非常不利。任何设法丢失死亡基因的细菌都将具有巨大的优势,并将迅速传播。
然而,虽然活体抗生素可能无法立即应用于医疗场景,但在许多工业情况下,Micavibrio的特异性和捕猎能力可能会受益。生物膜在管道中形成,并堵塞设备中的喷嘴,并且由于使用抗生素往往会留下生物膜的小部分(这增加了产生耐药性的可能性),因此使用Micavibrio的搜索和摧毁功能可能非常有用。它还可以(通过一些基因调整)在无需抗生素治疗的情况下,在去除发酵溶液中的污染细菌方面发挥作用。
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弗吉尼亚大学 新闻稿
Wang Z, Kadouri DE, & Wu M (2011). 专性表生细菌捕食者的基因组学见解:嗜水微vibrio ARL-13。BMC genomics, 12 PMID: 21936919