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肠道中躲藏的“杀手”,有望成为新活菌疗法

噬菌体是细菌的杀手之一,可是肠道中还存在着另一种不为人知的微生物——捕食性细菌,它们也是其他细菌的猎手。捕食性细菌与噬菌体之间的差异是什么?它们怎么捕食细菌?是否有潜力成为靶向调理微生物组的新办法?今…

噬菌体是细菌的杀手之一,可是肠道中还存在着另一种不为人知的微生物——捕食性细菌,它们也是其他细菌的猎手。

捕食性细菌与噬菌体之间的差异是什么?它们怎么捕食细菌?是否有潜力成为靶向调理微生物组的新办法?

今日,咱们特别编译宣布在The New York Times杂志上关于捕食性细菌的文章。期望该文能够为相关的工业人士和诸位读者带来一些启示和协助。

① 特别的捕猎者

Henry N. Williams 最喜欢的动作电影片段,在一块只要几毫米宽玻片上演出。

这是两个细菌细胞之间对决:一个是大型的杆状海洋微生物溶珊瑚弧菌,另一个是相对娇小、附着在这个相对较大细菌上的嗜盐噬菌弧菌。

溶珊瑚弧菌失望地想要扔掉它的进犯者,它在一池液体中扭动和回旋,在白费中曲折行进,终究像 Williams 博士所描绘的那样“尖叫着戛可是止”。

然后,嗜盐噬菌弧菌就开端了它龌龊的作业:先是刺穿弧菌表层,开端向里钻洞,吞食宿主的内脏,完结自我屡次克隆,然后迸发,寻觅下一个猎物。

Williams 博士是佛罗里达农工大学的一名微生物学家,他很乐于向学生展现这些捕食性细菌的视频,这是一个包含嗜盐噬菌弧菌和其他一群微生物杀手的团体。这些细菌总是给人留下深刻印象。

Williams 博士说:“在观看视频期间,学生们产生了许多‘哇’,‘哦,我的天哪’。往常,一般只要狮子、鲨鱼、山君这样的捕食性动物才会引起咱们的重视。但需求留意,还有更小的捕食者,相同凶狠。”

捕食性细菌体积虽小,迸发力气却不容忽视。它们在适宜的环境下就能够繁衍,并且能够协助人们打败环境中的有害微生物,或铲除食物中的病原体。一些专家以为,在未来某一天,这些细菌有望成为一种活的医治办法,能够协助铲除其他医治都失利了的病患者体内的耐药细菌。

可是,即便是研讨捕食性细菌的科研人员,也还没有彻底研讨出这些细胞是怎么挑选和打败宿主的。咱们能梳理出这些问题的答案,就能够找出处理固执感染的办法,并供给一个从最微观的视点了解捕食者-猎物动力学的窗口。

比利时德杜夫研讨所专心研讨捕食性细菌的微生物学家 Terrens Saaki 标明:“咱们未来想要将这群微生物用作‘一种活的抗生素’,咱们就需求了解它是怎么成长的。只要搞清楚这些机制,咱们才干运用它。”

② 细小的恶魔

捕食者细菌的发现纯属偶尔。半个多世纪前,科学家们在搜索另一种可感染和杀死细菌的病毒时,偶尔发现了它们。Williams 博士说:“在此之前,没有人知道细菌还会以这种办法捕食其他细菌。”

可是,之前,人们竟然都没有发现过这种捕食性细菌,这多少有一些令人惊奇,由于海洋和泥土中繁衍生息的物种不计其数。一般以为,这些捕食性细菌适应性很强。这些细菌散布广泛,好像无处不在,它们不只能够耐受动物内脏,包含人类的肠道环境,还能存在于未经处理的污水、螃蟹的鳃。

美国普罗维登斯学院专心研讨捕食性细菌的 Laura Williams 标明:“我的学生现已从土壤、溪水中的蜗牛、实验室楼下储藏室的下水道成功别离出了这些细菌。哪里有细菌,哪里就有或许有企图吃掉它们的捕食性细菌。”

科学家们每年都会新判定出多种捕食性细菌,这与国际上噬菌体的多样性惊人地相似。

但噬菌体和捕食性细菌是天壤之别的野兽。

噬菌体靶向宿主规模很窄,而许多捕食性细菌并不拘泥于特定的靶向宿主。某些捕食性细菌能够吞掉几十种乃至几百种细菌,因而,它们能够在大多数栖息地繁衍生息。

此外,噬菌体的速度很快,在数小时内就能够将整个种群消除殆尽,但捕食性细菌效果相对缓慢,有时需求数周才干在实验室中成长出来。

当其他微生物满足于享受养分丰厚的肉汤时,捕食性细菌需求安稳的活猎物保持生计。

德国基尔大学专心研讨捕食性细菌的微生物学家 Julia Johnke 说:“这是一个很苦楚的进程。”

虽然如此,可是捕食性细菌的生活办法是如此富有成效,它们好像进化了不止一次。有些细菌,如寄生菌Micavibrio,能够像吸血鬼相同捉住受害者,并从猎物身上汲取生命。其他细菌,如粘液球菌,则是长途操作的阻击手,经过开释很多的酶,长途溶解猎物;粘液球菌“能够运用所谓的狼群”战略,三五成群地捕食。

其间最臭名远扬的或许是蛭弧菌群,它们与嗜盐噬菌弧菌有着一起的作案办法:穿透宿主细胞膜,并从里到外吃掉它们。

大多数捕食性细菌专家称这些穿孔的食肉动物称为 BALO,即蛭弧菌群及相似微生物群的简称。

罗格斯大学的微生物学家 Daniel Kadouri 教授,自 2003 年以来一向致力于捕食性细菌的研讨。Daniel Kadouri 标明:“总的来说,捕食性性细菌是‘十分有用的屠戮机器’,我第一次看到到它们的时分,我就想,这是我见过的最性感的生物体。"

③ 活菌疗法

一旦捕食性细菌瞄准了猎物,简直没什么能阻挠它。而抗生素和细菌性噬菌体往往瞄准细菌解剖结构中十分特别的部位,捕食性细菌则是贪吃的钝剂:微生物对捕食性细菌的抵抗力的进化难度,远高于兔子对狼的抵抗力进化难度。

即便在确定猎物之外,BALOS 仍然是令人生畏的敌人,他们能够经过化学感应“嗅探”猎物,然后进行追逐,经过旋转一条螺旋状的尾巴来推进自己行进。

Kadouri 博士说:“它们能在一秒钟内游出 100 倍于身长那么远,其速度比猎豹的速度还快。”

在动物研讨中发现,捕食性细菌现已显示出有望瞄准致病性细菌,如沙门氏菌和鼠疫耶尔森氏菌。

Kadouri 博士和约翰霍普金斯健康安全中心的微生物遗传学家 Nancy Connell,经过向大鼠和小鼠的肺部打针不同剂量的Bdellovibrios,调查它们吞噬猎物的状况。对鸡和斑马鱼的实验也取得了可喜的成果。

值得留意的是,捕食性细菌对非微生物细胞没有爱好,并且好像不会影响免疫系统——即便直接用在兔子眼球外表。这标明这些微生物在人体内运用或许是安全的,Kadouri 博士说:“咱们现已向动物体内注入了多种捕食性细菌,但从来没有调查到阳性免疫反响。”

但这些捕食性细菌,只要在有猎物的状况下才会繁衍生息,因而它们一般都会经过自身尽力,打败整个微生物种群。Connell 标明:“这些捕食性细菌自身是一种微生物,它们终究也会被免疫细胞从体内铲除出去,由于它们对免疫细胞‘彻底没有防御能力’。"

因而,捕食性细菌并不是医治全身性感染的最佳候选者。可是,咱们运用办法妥当,可诱使捕食性细菌与免疫反响协同作业,消除方针物质。

别的,还能够将捕食性细菌与其他医治办法如抗生素乃至是少数的噬菌体联合运用。Kadouri 博士标明:“咱们要从全体的视点进行考虑,捕食性细菌仅仅整个装备设备中的一种兵器罢了。”

Saaki 博士标明,跟着进一步的研讨,有朝一日,捕食性细菌或许会改动“咱们供给根本医疗服务的办法”。他期望能把更常见的药品带回祖国苏里南。

图.捕食性细菌的捕食进程

④ 康复次序

捕食性细菌不只仅是毁灭性兵器。在德国,Johnke 博士正在进行一系列研讨项目,旨在杰出微生物在肠道中扑朔迷离细菌菌群群落中保持平衡的重要效果。

一些依据标明,“捕食性细菌是健康人群肠道微生物群的一个正常组成部分,人们对它们的效果知之甚少。可是,它们关于保持正常肠道次序,保证没有单一菌群失掉操控具有重要效果。”

Johnke 博士的研讨标明,患有胃肠道疾病的人群如克罗恩病,这种奇妙的平衡或许现已被打破了。将捕食性细菌从头引进肠道,或许有助于康复肠道微生态系统环境。

Johnke 博士说:“在我的抱负国际中,咱们能够把 BALO 当作某种益生菌服用。”

相似的动力学理论或许也适用于自然环境,佛罗里达大学 Williams 教授现已把大部分留意力转向了大自然。他说,即便是极少数的捕食性细菌,也有或许彻底改动海水样本中微生物菌群组成。“它们散布广泛,且操控着一些细菌的数量”。

许多微生物学教科书都说到了捕食性生物如噬菌体和原生生物的重要性。虽然捕食性细菌在征服猎物方面好像相同有用,但在很大程度上它们却被扫除在外。

上文说到的原因,或许使这些捕食性细菌成为国际上最不显眼的弱者。Williams 博士说:“很难让人们认真对待它们。”

图.捕食性细菌的捕食进程

⑤ 微生物之谜

即便没有一种普适性的捕食性细菌医治办法,可是专家共同以为,捕食性细菌是根底生物学的珍宝。

比利时专家 Saaki 博士及其参谋 GéraldineLaloux Laloux,正测验探究Bdellovibrio在其他细菌内部成长和割裂的办法及机制。

Laloux 博士说:“这种状况并不常见”。

一般细菌是经过先伸长,然后以一分为二的裂解办法进行仿制。相比之下,Bdellovibrios会把自己卷成长长的、像意大利面条相同的线,然后自我分割成多个子细胞,就像衔接腊肠的线条。

Laloux 博士标明:“在某些状况下,能够割裂为 16 个子细胞。在亲本Bdellovibrios触摸后约 4 小时,这些子细胞会团体脱离母细胞。”

Laloux 博士弥补道:“这与咱们所知道的细菌繁衍办法彻底不同。这种超级繁衍战略,或许是Bdellovibrios获利的一种办法。一旦进入道宿主中,不再遭到环境和恶劣条件的影响时,所以就想从中得到最大的盈余。”

在大西洋对岸,普罗维登斯学院的 Williams 博士正致力于研讨“硬币的另一面”——猎物。每种捕食性细菌都有各自的进犯方针,但尚不清楚这在多大程度上归因于捕食者的“挑剔”或猎物的“耐性”。Williams 博士的学生现已搜集到了一些依据,证明某些大肠杆菌菌株或许比其他菌株更难吞噬,原因尚不清楚。

其间一些疑团就留给后来的捕食性细菌爱好者去解开吧。

佛罗里达以南一千英里,另一位 Williams 博士常常回想 50 年前,他在研讨生院的一次研讨会上,第一次传闻微生物时的情形。他现在仍然给重生做相同振奋人心的讲演,他说:“我仍旧发现,他们和我第一次听届时相同激动。”

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