"亦敌亦友"的细菌会在共存不再有利的情况下杀死它们的海藻宿主

一项新的研究揭示了触发海洋细菌从与藻类宿主共存过渡到突然大开杀戒的化学过程。科学家们详细介绍了海洋细菌生活方式的变化，在这种变化中，它们从与藻类宿主的共生关系转变为突然杀死它们。这项研究最近发表在《eLife》杂志上。

对这种生活方式转换的理解可以为藻类水华动态的调节及其对海洋环境中大规模生物地球化学过程的影响提供新的视角。

被称为浮游植物的单细胞藻类形成了海洋性水华，它负责地球上发生的大约一半的光合作用，并构成了海洋食物网的基础。因此，了解控制浮游植物生长和死亡的因素对于维持一个健康的海洋生态系统至关重要。众所周知，来自亚硫酸盐杆菌群的海洋细菌与浮游植物配对并共存，进行互利互动。浮游植物为亚硫酸盐杆菌提供对细菌生长有用的有机物，如糖和氨基酸，而亚硫酸盐杆菌则提供B族维生素和促进生长的因素作为回报。

然而，最近的研究显示，亚硫酸盐杆菌经历了从共存到致病的生活方式转换，在那里它们杀死它们的浮游植物宿主。一种叫做DMSP的化学物质由藻类产生，据推测它在这种转换中起作用。

第一作者、以色列魏兹曼科学研究院植物和环境科学系的博士毕业生诺亚-巴拉克-加维什说："之前我们发现，当与浮游植物Emiliania huxleyi互动时，亚硫酸盐杆菌D7显示出一种生活方式的转换。然而，我们对决定这种转换的因素的了解仍然有限"。

为了确定这种生活方式转换的特征，Barak-Gavish及其同事进行了一项转录组学实验，使他们能够比较亚硫酸盐杆菌D7在共存或致病阶段不同表达的基因。

实验表明，在致病性诱导培养基中生长的D7亚硫酸盐杆菌比在共存培养基中生长的D7亚硫酸盐杆菌具有更高的氨基酸和碳水化合物等代谢物的转运体的表达。这些转运体的作用是最大限度地吸收从垂死的埃米利安氏菌（E. huxleyi）释放的代谢物。此外，在致病性的亚硫酸盐杆菌D7中，研究小组观察到负责细菌运动的鞭毛基因的激活增加。这两个因素使D7亚硫酸盐杆菌能够利用一种"吃了就跑"的策略，在这种策略中，它们击败了竞争对手，获得了E. huxleyi细胞死亡时释放的物质，并游走寻找另一个合适的宿主。

研究小组通过绘制D7磺化细菌在对DMSP和其他藻类衍生的化合物的存在作出反应时被激活的基因图谱，确认了DMSP在带来这种杀手行为的转换中的作用。然而，当只有DMSP存在时，这种生活方式的转换并没有发生。这意味着，尽管DMSP介导了生活方式的转换，但它也依赖于其他E. huxleyi衍生的信息化学物质的存在--这些化合物由生物体产生并用于交流。

DMSP是一种由许多浮游植物产生的信息化学物，因此很可能其他所需的信息化学物使细菌能够识别特定的浮游植物宿主。在自然环境中，许多不同的微生物物种共同存在，这种特异性将确保细菌只有在正确的藻类伙伴出现时才会考虑改变基因表达及其代谢。

该研究还发现了藻类衍生的苯甲酸盐在亚硫酸盐杆菌D7和E. huxleyi互动中的作用。即使在高浓度的DMSP中，苯甲酸盐的功能是维持共存的生活方式。苯甲酸盐是一种有效的生长因子，在共存期间由E. huxleyi提供给亚硫酸盐杆菌D7。作者提出，只要亚硫酸盐杆菌D7通过接受生长材料从共存中获益，它就会维持相互作用。当提供的苯甲酸盐和其他生长底物减少时，该细菌就会进行生活方式的转换，并杀死其浮游植物宿主，吞噬掉任何剩余的有用材料。

亚硫酸盐杆菌D7对E. huxleyi的致病性的确切机制仍有待发现，作者呼吁在该领域进一步开展工作。细胞机械2型分泌系统--许多细菌用来将物质移过其细胞膜的复合体--与其他亚硫酸盐杆菌相比，在D7亚硫酸盐杆菌中更为普遍，暗示了一种独特的致病性方法，需要进一步调查。

"我们的工作为亚硫酸盐杆菌与浮游生物互动中从共存到致病性的转换提供了一个背景框架，"Se总结道。