通常在我们的肠道中定殖的细菌细胞可以使用传统上被认为是他们的敌人 - 病毒来区分其他细菌物种。研究人员于4月16日在Cell Reports杂志上报道，一些细菌利用感染它们的病毒(即噬菌体)进行自我识别，从而表现出更强的适应性，排斥缺乏这种适应性的竞争对手。
“这是第一个通过使用病毒将细胞与相关竞争者区分开来的证据，”宾夕法尼亚州立大学的托马斯伍德说，该研究的共同资深作者之一。“这意味着我们应该重新评估病毒与其细胞宿主之间的关系，因为病毒感染有时会有好处。”
研究的想法始于伍德和他的团队注意到在不同的大肠杆菌K-12菌株之间形成的分界线，而不是在相同的克隆之间，因为它们彼此游动。为了研究其潜在机制，宾夕法尼亚州立大学的第一作者Sooyeon Song和中国科学院的共同高级研究作者王晓雪筛选了4,296个单基因的完整大肠杆菌K-12文库的游泳行为。击倒。
他们发现分界线完全消失，因为只有一个突变影响了一些噬菌体复制所需的基因。研究结果表明，噬菌体相关蛋白负责细菌自我识别。
与这一想法相一致，研究人员发现大肠杆菌K-12菌株的分界线也被淘汰，缺乏所有九种隐蔽的前体 - 噬菌体基因组已整合到细菌染色体中但不形成活性噬菌体颗粒或破裂(“裂解” “)他们的宿主细胞。特别是，另外的实验表明，分界线需要隐性原噬菌体CPS-53及其蛋白质之一YfdM。
由于CPS-53在细胞裂解和噬菌体颗粒产生方面基本上无活性，研究人员怀疑分界线是通过由不同的活性噬菌体引起的细胞裂解形成的。他们发现将含有一种叫做SW1的活性裂解噬菌体的细菌细胞暴露于YfdM会刺激噬菌体颗粒的产生并导致细胞裂解，主要是那些缺乏SW1的细胞。更高浓度的YfdM或噬菌体颗粒在细菌细胞之间产生更厚的分界线。研究结果表明SW1通过使用宿主的隐秘原噬菌体蛋白质CPS-53的YfdM来繁殖，从而控制分界线的形成。
“大肠杆菌利用它的老敌人的工具，它被困在它的染色体上，与这种新的病毒SW1一起工作，它主要停留在细胞外，主要在细胞上冲浪，”伍德说。“因此，细菌细胞正在使用一种新的病毒SW1，对抗其竞争对手并使用一种攻击数百万年前病毒的蛋白质。”
该策略明显有益于宿主细胞，其抵抗了缺乏SW1的其他菌株，并且当用来自其他菌株的噬菌体颗粒攻击时显示出生长优势。“一种新的病毒SW1和一种旧的病毒蛋白YfdM在细胞搜索食物时被用作工具 - 所有细菌通常都在挨饿，”伍德说。“基本的想法是携带病毒SW1的细胞没有像之前没有看过病毒SW1那样被杀死。所以携带病毒SW1的细胞比缺乏病毒的细胞更合适。”
这种新发现的自我识别机制允许细菌形成社会群体，与亲属合作，同时在对营养，毒力，保护，群体感应和生物膜形成可能重要的行为中对抗非亲属。“细菌经常被认为是单独生活，但实际上它们可以作为群体来觅食，”伍德说。“为了作为一个群体，他们必须能够将自己与其他细菌区分开来。在一种社交活动中，当他们进行交流时，细菌细胞会分泌化学信号进行交流。现在我们展示细胞利用病毒来区别于相关细菌。“
在未来的研究中，研究人员计划研究SW1如何避免攻击其宿主细胞，而主要杀死缺乏病毒的细菌。最终，了解细胞如何竞争可能对模仿自然和使用细菌的合成生物学应用有用。“此外，如果我们更好地了解病毒如何选择攻击哪种细胞，我们或许可以更好地利用病毒来对抗细菌感染。”
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