
首先,「群体感应」是啥?维基百科(http://Wikipedia.org)里是这么说的:
典型的群体感应如细菌,它们可以分泌、释放一些特定的信号分子,通过感知这些信号分子的浓度变化,来监测菌群密度、调控菌群的生理功能(比如说信号分子到达一定浓度之后,就调控细菌产生毒素、抗生素、荧光等),从而更好地适应环境。
可以说这是群体中,个体(细菌)与个体之间的一种「交流」。那么,病毒这种非细胞生物,它们既然多数情况下也是以群体的形式存在,那么是否也会存在这种「交流」呢?
事实上,是有的。
2017年的一篇发表在《Nature》的文章就研究了这种有趣的病毒之间的「交流」。
作者研究的病毒是噬菌体。噬菌体感染细菌会有两种结果:
①噬菌体增殖,细菌被裂解,也就是溶菌性。这种噬菌体称为毒性噬菌体(破坏性的);
②噬菌体的遗传物质和细菌的遗传物质相整合,成为前噬菌体。此时噬菌体不会增殖,只会随着细菌染色体的复制而复制,并随之分配到子代细菌当中,也就是溶原性。这类噬菌体称为温和噬菌体(非破坏性的)。
作者发现phi3T噬菌体可以通过某种分子通讯系统来决定应该是溶菌还是溶原。
研究人员用phi3T噬菌体去感染处于对数期的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),并于3小时后收集这些刚培养了被感染的枯草芽孢杆菌的培养基(过滤去除细菌及噬菌体),再将这些培养基(称为条件培养基)拿去培养新的枯草芽孢杆菌,随后也同样地继续感染phi3T噬菌体。
他们发现与正常培养基培养的细菌相比,用条件培养基培养的细菌更能「抵抗」phi3T噬菌体的溶菌作用(菌体浓度比用正常培养基培养的高)。这说明在条件培养基中,存在着某种phi3T噬菌体感染枯草芽孢杆菌时释放的小分子物质,从而造成了这种差异。
当研究人员把细菌换成一种突变体的枯草芽孢杆菌时(这种细菌的一种叫OPP的小分子信号肽转运蛋白无法发挥功能),这种「抵抗」现象消失了。这意味着条件培养基中,确实存在着一种3-20个氨基酸的小短肽,可以通过OPP转运到细胞当中发挥作用,影响噬菌体。
作者随后把这种小短肽信号分子称为「仲裁肽」(arbitrium peptide,其中arbitrium是一个拉丁次,也就是决定、仲裁的意思)。作者通过一系列实验,证实了这个通信系统的存在,并提出了一种模型。
当phi3T噬菌体一开始感染细菌时,噬菌体通过细菌表达一系列基因,产生溶菌(同时抑制溶原),并释放「仲裁肽」到细菌外。经过几轮的感染之后,越来越多的仲裁肽便会积累在培养基中。当仲裁肽达到一定浓度时,若新的噬菌体再去感染细菌,仲裁肽通过细菌表面的OPP转运蛋白进入细菌内,改变噬菌体的基因表达,从而促进溶原(抑制溶菌)。
这个「仲裁肽系统」的建立,意味着噬菌体实现了病毒体与病毒体之间的交流。它们可以通过这个系统判断:如果宿主用完了,那我就暂时限制这种破坏行动,潜伏起来,静待宿主重新增长数量。
除此之外,研究人员还在其它枯草芽孢杆菌病毒中发现了100多个这样类似的「仲裁肽系统」,它们说着不同的语言(使用着不同的信号分子),进行着病毒体之间的「沟通」。
那但是,更多的感染真核生物的病毒之间,是不是也会存在这样的交流呢?目前尚不得而知。但是如果确实存在的话,能够找到这样一种信号分子,从而趋使病毒强制进入潜伏阶段,相信也会成为疾病治疗的新策略(尤其是HIV)。
最后附一个演技略微浮夸的介绍细菌群体感应的科普小电影吧(真的有点浮夸)...
[1] Erez Z, Steinberger-Levy I, Shamir M, et al. Communication between viruses guides lysis–lysogeny decisions[J]. Nature, 2017, 541(7638): 488.
[2] Callaway E. Do you speak virus? Phages caught sending chemical messages[J]. Nature, 2017.
Communication between viruses guides lysis–lysogeny decisions
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