时机就是一切!噬菌体会利用细胞情报决定何时爆发

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了解微生物对掌握病原体特性与致病性来说相当重要,一项最新研究发现,一些病毒似乎懂得利用来自所处环境的资讯来判断进攻时机,尽管目前病毒正在利用这种能力为自己谋利,但研究团队认为在未来,人类或许可以反过来利用这点去对抗病毒。

监测 CtrA 蛋白来掌握行动的噬菌体

在最新研究中,马里兰大学巴尔的摩分校(UMBC)团队观察一种最近发现的噬菌体时,注意到了一些不常见的特点。这种噬菌体主要感染柄杆菌目(Caulobacterales)细菌,而柄杆菌存在两种形式,该噬菌体只有在柄杆菌处于有菌毛、鞭毛附属物的游走型态(swarmer)下才能感染。

柄杆菌一般都生活于营养缺乏的环境,当发现良好微栖地时,原先分散的柄杆菌会先变成附着表面的茎型态(stalked)并增殖,最终才产生大量的游走型细胞。柄杆菌中负责调节两种型态的主调节因子被称为 CtrA 蛋白,而在该噬菌体的 DNA 中,就正好有针对柄杆菌产生的 CtrA 蛋白的结合位点。

光是在噬菌体内有针对宿主产生的蛋白结合位点就已经相当不寻常,团队进一步扩大观察更发现,CtrA 蛋白结合位点并不是单个或单组噬菌体所独有,许多不同类型噬菌体都有 CtrA 结合位点,而这些噬菌体的共通点,就是都只能感染具菌毛、鞭毛细胞附属物的宿主。

考量到这些噬菌体对细胞附属物的偏好,而 CtrA 会在细胞生命周期里上下波动,团队由此推测,噬菌体正透过监测 CtrA 水平来掌握时机准确出手:当柄杆菌发现良好微栖地,让细胞成为生产游走型态细胞的工厂时,选择从宿主中爆发才符合它们的最大利益。

研究人员认为,监测 CtrA 水平能力在以不同细菌为目标的各类型噬菌体内普遍存在的情况,代表其在进化过程中被多次发明,而这种远亲物种“趋同演化”的特征,往往代表这项功能的实用性。

病毒与宿主相互作用的新定义

尽管监测 CtrA 来掌握最佳时机的推论还有待证实,但研究小组认为除了这项推论,没有其他合理的说法能解释 CtrA 结合位点在不同噬菌体内普遍存在的情况。UMBC 生物科学教授、论文高级作者 Ivan Erill 认为,这项研究的最大收获是得知病毒正在利用细胞情报做出决定。

“考量到目前关于噬菌体已知的一切、它们开发的每一种进化策略,都已被证明可以转化为感染植物和动物的病毒,如果噬菌体正在监听它们的宿主,几乎可以确定影响人类的病毒肯定也会这样做。”

这项发现同时也为新疗法开辟了道路。Erill 指出虽然还有很长一段路,但以开发抗病毒药物为例,如果能确定病毒正在监听特定的信号,或许可以反过来欺骗病毒。研究人员计画在未来证明病毒用 CtrA 来掌握最佳时机的假设,也会持续在噬菌体中寻找是否存在其他细菌调节分子的受体。

延伸阅读:对付抗生素抗药性有解!首度以噬菌体治疗肺部感染

参考资料:
1. Frontiers in Microbiology, 2022,https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.918015
2. https://umbc.edu/stories/viruses-may-have-eyes-and-ears-on-us/

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