本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
細菌會吃掉任何東西。它們高度多樣化的生物化學特性以及快速適應變化的能力意味著它們可以適應從各種來源吸收營養,包括熱酸湖和地下熱液噴口內部。然而,細菌也會互相捕食,其中一種特殊的細菌,嗜水微vibrio,透過附著在其他細菌上並吸食它們的生命來做到這一點。
有各種不同型別的捕食性細菌,我在我以前的部落格文章'細菌捕獵策略'中討論了其中的一些。雖然那篇文章研究了像狼群一樣追捕獵物的細菌,以及捲曲在細菌內部並從內部吞噬它的微小的Bdellovibrio,但Micavibrio對我來說是一個新的。它與其他細菌捕食者不同,因為它不是進入細胞內部,也不是殺死它然後吃掉殘骸,而是簡單地附著在緩慢死亡的細胞上並吸食它的生命,圍繞著它的獵物分裂,直到獵物最終死亡。就像一隻非常堅決且有點可怕的水蛭。
因此,Micavibrio的生命週期包括兩個主要階段。首先是攻擊階段,細菌必須尋找獵物。最初認為Micavibrio對它們捕食的特定細菌非常挑剔,但後來發現有些Micavibrio對它們的獵物不太挑剔。從抗菌的角度來看,這種特異性非常令人興奮,因為任何針對危險細菌而不影響生活在我們體內的非危險細菌的東西都具有治療潛力。特別有趣的是,Micavibrio不受生物膜的影響;生物膜是銅綠假單胞菌等細菌傾向於包裹自身形成的粘性層。抗生素在生物膜方面存在真正的困難,但Micavibrio可以遊過它們。
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檢查Micavibrio的基因組可以為它如何作為一種吸食性寄生蟲發揮作用提供令人興奮的答案。儘管完全依賴其他細菌生存,但它擁有令人印象深刻的代謝酶集合,與其他寄生細菌相比,基因組丟失的情況非常少。然而,它缺少幾種製造氨基酸(蛋白質的組成部分)所需的基因,這解釋了它對細菌獵物的依賴。雖然Micavibrio似乎非常樂意產生自己的能量,但為了生長、繁殖或製造任何新的蛋白質,它需要一個細菌宿主。Micavibrio也無法從環境中吸收氨基酸。你可以把它培養在含有它所需的所有氨基酸的培養基中,它仍然會死亡,因為它無法將它們運送到細胞中。它需要附著在另一種細菌上才能生存。它究竟是如何從獵物中獲取氨基酸的仍然未知,儘管有人提出了細胞質橋和細胞內奈米管的假設。
雖然這從微生物學的角度來看非常吸引人,但我體內的合成生物學家已經在問,這種特定的殺菌機器是否可以有任何醫療用途。使用細菌來殺死細菌是一個有趣的想法,儘管Micavibrio必須配備死亡基因才能在疾病細菌被清除後將其處理掉。死亡基因的問題僅僅在於它在進化上非常不利。任何設法丟失死亡基因的細菌都將具有巨大的優勢,並將迅速傳播。
然而,雖然活體抗生素可能無法立即應用於醫療場景,但在許多工業情況下,Micavibrio的特異性和捕獵能力可能會受益。生物膜在管道中形成,並堵塞裝置中的噴嘴,並且由於使用抗生素往往會留下生物膜的小部分(這增加了產生耐藥性的可能性),因此使用Micavibrio的搜尋和摧毀功能可能非常有用。它還可以(透過一些基因調整)在無需抗生素治療的情況下,在去除發酵溶液中的汙染細菌方面發揮作用。
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弗吉尼亞大學 新聞稿
Wang Z, Kadouri DE, & Wu M (2011). 專性表生細菌捕食者的基因組學見解:嗜水微vibrio ARL-13。BMC genomics, 12 PMID: 21936919