细菌利用“微型匕首”杀死对手 _细菌

细菌总是在战争状态中生存，与不同种类搏斗战胜它们的竞争者，当作为病原体时则与它们的感染宿主进行搏斗。新研究表明人类病原体霍乱弧菌利用一种加载弹簧的毒匕首杀死了它的微生物对手。借助于这种6型分泌系统（T6SS），霍乱弧菌可以战胜它的竞争者，每年使数以百万计的人患病。这些研究结果在线发表在2月26日的《自然》（Nature）杂志上。

该研究起始于一个猜测，噬菌体病毒可通过某种系统将它们的遗传物质注入到细菌中进行复制，研究人员认为霍乱T6SS有可能采取了类似的策略。但是这一猜测仅基于一些生物化学数据，看起来噬菌体和T6SS元件有着相似的蛋白质结构。唯一能证实这一猜测的方法就是对发挥作用的T6SS系统进行观察。于是哈佛大学医学院微生物学和免疫学系主任John Mekalanos和加州理工学院的生物学副教授Grant Jensen合作对T6SS系统的运行进行了实时成像。

Mekalanos 说：“这些图像相当的精致。它们揭示了一台美丽的微型机器实际是如何运作的，也为我们提供了关于霍乱弧菌如何杀死其他细菌和人类宿主细胞的新见解。”

Mekalanos和他的博士后工作人员Marek Basler首先利用了荧光显微镜技术：他们将T6SS蛋白， VipA与一种荧光标记结合。由于这种荧光标记在霍乱弧菌细胞中会弥散，在绿色光下T6SS机器就会发光。研究人员看到形成了一个长管状的结构，然后在不到5毫秒的时间内崩塌至仅一半大小。随后在数秒钟内在同一细胞的另一个位置同样的结构又再度重建为扩展形状。这一过程不断地重演，表明细胞未因此受到损害。

“就像武侠电影里刺客手中的弯刀，细菌杀手负载着大量的匕首， ”Mekalano说。

在加州理工学院，Jensen和博士后研究人员Martin Pilhofer利用电子低温显微镜对细胞进行逐层成像继续展开研究。将来自这些片层的数据组合起来就生成了细胞的三维图像，图像显示在它的扩展构象中，T6SS刀鞘“装”着它的内部结构——有毒匕首，而崩塌的刀鞘则是空的。Mekalanos和 Jensen认为，刀鞘借助了收缩来抽出匕首，并刺破霍乱弧菌的外膜将匕首插入了邻近的猎物或宿主细胞。

这两种方法彼此互补，荧光显微镜提供了活细菌中功能设备的实时“影像”，而电子显微镜则提供T6SS元件和结构改变状态的静态、高分辨率快照。

这些图像支持了这一猜想：T6SS和噬菌体鞘系统有着进化关联，尽管目前尚不清楚哪一种最先出现。这两种系统在关键途径上还是存在差异。例如，噬菌体系统只发送一次炮弹，而T6SS系统可以装配、发射、拆卸、改造，然而再发射，不断重复。“T6SS系统并非仅出一招，”Mekalanos说。

此外，过去科学家们从未对噬菌体的遗传物质注入过程进行过实时成像，观测T6SS收缩的速度表明噬菌体应该也以同样相当快的速度进行了鞘收缩。

Jensen强调目前该研究获得的分辨率还并未超过其他的实验研究。因此未来他们的目标是进一步揭示T6SS是否确实贯穿了其他细胞？过程是怎样？以及其他细菌中不同的T6SS系统的结构和功能比较。

Jensen 说：“总有一天，我们希望能够重新设计和利用T6SS系统完成我们决定的任务。例如将毒素插入到癌细胞中。”

Mekalanos也表示研究发现或具有生物医学意义。“我们知道T6SS对几种细菌的毒力起重要作用。因此这有可能称为一种有用的模型系统用于寻找一只T6SS活性药物，”Mekalanos说。
【细菌利用“微型匕首”杀死对手】
生物通何嫱