生物學(xué)家將竊聽細(xì)菌通信的病毒變成細(xì)菌殺手

在一項新的研究中，美國普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)家Bonnie Bassler和研究生Justin Silpe鑒定出病毒VP882能夠竊聽細(xì)菌對話，隨后有點像間諜小說里的情節(jié)，他們發(fā)現(xiàn)一種利用它攻擊大腸桿菌和霍亂弧菌等致病性細(xì)菌的方法。相關(guān)研究結(jié)果于2018年12月13日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“A Host-Produced Quorum-Sensing Autoinducer Controls a Phage Lysis-Lysogeny Decision”。

Bassler說，“病毒檢測細(xì)菌用于通信的分子是一個全新的想法。Silpe發(fā)現(xiàn)這是首個自然發(fā)生的情形，隨后他重新設(shè)計了這種病毒，這樣他就能夠提供他選擇的任何感覺輸入，而不是通信分子，接著這種病毒就可根據(jù)需要殺死細(xì)菌?！?/span>

Bassler說，病毒僅能做出一個決定：留在宿主細(xì)菌內(nèi)，或者殺死宿主細(xì)菌。這就是說，病毒要么在它的宿主細(xì)菌內(nèi)部隱藏起來，要么激活一種殺死程序（kill sequence），這種殺死程序讓導(dǎo)致病毒會產(chǎn)生數(shù)百或數(shù)千個病毒后代，這就導(dǎo)致宿主細(xì)菌爆裂，從而殺死當(dāng)前的宿主細(xì)菌，并攻擊附近的其他宿主細(xì)菌。

作出這種殺死決定存在著一種內(nèi)在的風(fēng)險：“如果附近沒有其他的宿主細(xì)菌，那么病毒和它的所有后代都會死亡?！盫P882找到了一種從這種決定中消除風(fēng)險的方法：它竊聽細(xì)菌宣布它們在一個群體中，這時當(dāng)病毒作出這種殺死決定時，就會增加釋放出來的病毒立即遇到新的宿主細(xì)菌的可能性。Bassler說，“它是非常聰明和陰險的?！?/span>

Bassler在多年前就已發(fā)現(xiàn)細(xì)菌彼此間能夠溝通并感知彼此的存在，并且在采取一致行動之前確保細(xì)菌數(shù)量到達它的法定水平。但是，她從未想到一種病毒能夠竊聽這種群體感應(yīng)通信（quorum-sensing communication）。

她笑著說，“這些細(xì)菌被竊聽了。另外，Silpe的研究表明這些群體感應(yīng)分子跨越生物界邊界傳遞信息?！辈《静⒉慌c細(xì)菌處于同一個生物界---事實上，病毒并不屬于任何生物界，這是因為它們在技術(shù)上并不是活的。但是，讓人難以置信的是，病毒能夠檢測和理解細(xì)菌彼此之間的通信信號。這不同于敵對國家之間的互相監(jiān)視，也不同于人類與狗之間的交流---它們至少是相同生物界和動物門（脊椎動物）的成員。

在發(fā)現(xiàn)這種跨生物界竊聽（cross-kingdom eavesdropping）的首個證據(jù)后，Silpe開始尋找并發(fā)現(xiàn)了更多的證據(jù)。

Bassler說，“他剛開啟了一個全新的領(lǐng)域。僅有這樣的一個跨生物界通信的例子對我們沒有任何意義。Silpe發(fā)現(xiàn)了**個例子，然后，在他的發(fā)現(xiàn)之后，他開展更加深入的研究，他發(fā)現(xiàn)了一系列具有類似能力的病毒。這些病毒可能并非都在竊聽這種群體感應(yīng)信息，但是很明顯的是，它們能夠竊聽它們的宿主細(xì)菌的信息，然后利用這些信息殺死這些宿主?！?/span>

Silpe說，他是因為Bassler對細(xì)菌通信的研究而被吸引到她的實驗室開展研究。他說，“通信似乎是一種進化出來的特性。在聽到細(xì)菌能夠做到這一點---這是她的發(fā)現(xiàn)，你想到的如此原始的有機體實際上能夠進行通信，這真地是激動人心的。病毒甚至比細(xì)菌更簡單。比如，我研究的這種病毒大約僅有70個基因。將這些基因中的一個用于監(jiān)測群體感應(yīng)非常值得注意。通信顯然不是高等生物所獨有的?！?/span>

一旦Silpe證實VP882正在竊聽細(xì)菌彼此間的通信，他就開始嘗試給它提供錯誤的信息，以便誘導(dǎo)病毒激活殺死指令---從而將這種竊聽病毒變成一種細(xì)菌殺手。

VP882不是**種用作抗菌治療的病毒。捕食細(xì)菌的病毒被稱為“噬菌體”，而且“噬菌體療法”---利用噬菌體靶向治療細(xì)菌性疾病---是一種已知的醫(yī)療策略。但是，VP882是**個使用竊聽來知道殺死它的靶標(biāo)的**時間，這使得Silpe在利用沙門氏菌和其他的致病菌開展的實驗中**使用具有跨生物界通信的噬菌體療法。

此外，病毒VP882作為一種治療工具具有巨大潛力，這是因為它并不是一種典型的病毒。大多數(shù)病毒僅能夠感染特定類型的細(xì)胞。比如，流感病毒僅感染肺細(xì)胞；HIV僅感染特定的免疫系統(tǒng)細(xì)胞。但是，VP882具有“特別廣泛的宿主范圍”。到目前為止，Silpe僅在三種不相關(guān)的細(xì)菌---霍亂弧菌、沙門氏菌和大腸桿菌---中進行了“概念驗證”測試。這三種細(xì)菌已獨自進化了數(shù)億年，因此如果它們都對這種細(xì)菌殺手很敏感，那么這意味著還更多的細(xì)菌也會如此。

Bassler將這一發(fā)現(xiàn)歸功于Silpe。在確定霍亂弧菌中的一個新的群體感應(yīng)基因后，他選擇在基因組數(shù)據(jù)庫中搜索這個基因。除了找到一些相關(guān)的細(xì)菌菌株外，恰好有一種病毒也具有這個群體感應(yīng)基因。Bassler想知道它是否可能是一個毫無意義的數(shù)據(jù)噪音，但是Silpe想要獲得這種病毒的樣本并開展實驗。

她說，“他熱情高漲，我想，‘管他呢，給這孩子一點支持吧?！绻@不能很快奏效，我們總是能夠換別的繼續(xù)開展研究。他的想法很瘋狂，這因為從來沒有證據(jù)表明病毒會竊聽宿主細(xì)菌信息并以此決定停留在宿主細(xì)菌中還是殺死它們。但是這個實驗室是建立在一些瘋狂的想法之上的，就像細(xì)菌之間的交流一樣，而我們也在某種程度上以此為生。當(dāng)然，這就是科學(xué)之美，普林斯頓大學(xué)的科學(xué)之美：你有足夠的資源來驗證這些想法，看看是否確實如此。這一次，這不僅是確實如此，而且還是一個重大的發(fā)現(xiàn)。”