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病毒选择搭乘而不是杀死细菌群体
点击次数:594 发布时间:2016-03-22
 

病毒选择搭乘而不是杀死细菌群体

在一项新的研究中,来自荷兰、美国和巴西的研究人员在珊瑚礁附近茁壮成长的微生物中发现病毒和细菌之间的相互作用颠覆传统观念。随着细菌密度在一种生态系统中增加,感染这些细菌的病毒数量也随之增加。人们普遍认为这种不断增加的病毒群体接着会杀死越来越多的细菌,从而限制细菌群体规模。这是一种被称作“杀死获胜者(kill-the-winner)”的模型---胜利者是这些茁壮生长的细菌细胞,杀手是感染它们的病毒(大多数杀菌病毒被称作噬菌体)。

然而,在这项新的研究中,研究人员研究了珊瑚礁附近的病毒-宿主之间的动态行为,研究结果提示着在某些条件下,病毒能够改变它们的感染策略。当潜在的宿主细菌变得越来越多时,一些病毒放弃快速增殖,相反选择平静地停留在它们的宿主内,因此降低它们的病毒数量。研究人员将这种备择模型称为“搭乘胜利者(piggyback-the-winner)”,而且它可能对基于噬菌体的药物开发和面对促进细菌繁荣生长的环境扰乱时的生态系统复原产生影响。相关研究结果于2016年3月16日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Lytic to temperate switching of viral communities”。

论文*作者、美国圣地亚哥州立大学病毒生态学家Ben Knowles说,“杀死胜利者似乎说得通。它背后的逻辑已存在一段时间了。这是一种非常有吸引人的推理。”

Knowles、圣地亚哥州立大学博士后研究员Cynthia Silveira与一个合作小组决定测试这种新模型。他们收集太平洋和大西洋珊瑚礁附近富含细菌的海水样品。他们然后利用显微成像和基因组技术分析了这些样品中的细菌和感染它们的病毒的丰度和性质。

基于杀死胜利者模型,研究人员将期待在高细菌密度和生长率的样品中会在每个细菌发现更多的病毒。然而,Knowles和他的团队发现完全相反的情形:随着细菌丰度增加,病毒与细菌的比率显著下降。

接下来,Knowles和他的团队开展一项实验:他们在来自圣地亚哥教士湾和原始珊瑚礁位点的海水中培养细菌和病毒多天,在其期间,他们监控病毒和细菌丰度。这些结果与他们的现场取样相匹配:当细菌群体繁荣时,病毒数量保持相对较低的水平。

为什么这些病毒不利用这个不断增加的细菌群体从而感染它们并且快速增殖?为什么它们不杀死这些胜利者?为了进一步探究这种现象,研究人员进行宏基因组分析以便确定样品中的这些病毒是表现出致命的掠夺特征,还是表现出非掠夺性生活方式特征。有趣的是,他们发现在含有更高细菌数量的样品中,病毒群体变得并不那么致命。

更多的病毒并不增殖,也不杀死它们不断增加的细菌宿主群体,而是将它们自己整合进它们的宿主内。这些病毒更加缓慢地增殖,避免与其他的病毒竞争,而且也避免接触宿主自身的免疫防御。研究人员说,在细菌快速生长期间,这种搭乘胜利者模型要比杀死胜利者模型更好地解释了病毒-宿主之间的动态行为。

Knowles说,“当你有快速生长的宿主,如果你是病毒,那么你从整合中获利更多。它就是一种聪明的寄生行为。”

更好地理解这些动态行为有望改善人类健康。比如,特定噬菌体有望成为一种可能的疗法用于治疗诸如囊性纤维化之类的疾病,其中囊性纤维化是由常见的肺部细菌感染导致的。这一发现可能也有助于改善海洋生态学家对影响珊瑚礁健康的微生物力量的理解。

 

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