科学家研究“细菌自导导弹”:将加快微生物学发展

2021年04月07日 15:14 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,来自劳伦斯伯克利国家实验室的一个研究小组正在深入研究一种奇特的、由细菌制造出来的纳米机器,据悉,这种机器可以加快微生物学的发展。这个被叫做tailocins的武器可以只对特定的敌人发起攻击。

参与该项研究的科学家Vivek Mutalik解释称:“Tailocins是由细菌制造的超强蛋白质纳米机器。它们看起来像噬菌体,但它们没有壳体,壳体是包含病毒DNA和复制机制的噬菌体的‘头’。所以,它们就像一根弹簧针,穿过细胞膜,在细胞质上开一个洞,这样细胞就会失去离子和内容物然后崩溃。”

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各种各样的细菌都能产生tailocins且似乎是在压力条件下产生的。由于tailocins只对特定的菌株致命--事实上,这种病毒的特异性如此之强以至于它们获得了“细菌自导导弹”的绰号--tailocins似乎是细菌用来跟对手竞争的工具。由于它们跟噬菌体的相似性,科学家认为tailocins最初是在病毒感染期间由DNA插入细菌基因组中的,而在进化过程中,细菌丢弃部分噬菌体DNA虽没有用但却保留了对它们自身有好处的部分。

但tailocins不像大多数通过进化选择的能力,它不能拯救个体。根据Mutalik的说法,如果细菌产生tailocins,它们就会被杀死,就像它们被真正的噬菌体病毒感染一样。但释放后,tailocins只针对特定菌株而不会伤害宿主谱系中的其他细胞。

“它们虽然让同类受益,但却牺牲了自己,这是一种利他行为。但我们还不明白这种现象在自然界中是如何发生的,”Mutalik说道。与此同时,科学家们也不清楚tailocins的刺针是如何起作用的。

伯克利合作团队在他们最近的一篇论文中探索了tailocins如何攻击特定菌株的遗传基础和物理机制,另外,他们还研究了tailocins生产者和它们目标菌株之间的遗传相似性和差异性。

生物学家在检查了12种已知使用tailocins的土壤细菌后发现附着在外膜上的脂多糖的差异可以决定一种菌株是否被特定的tailocins锁定。

“我们所研究的细菌生活在一个具有挑战性的、资源匮乏的环境中,所以我们想知道它们是如何使用tailocins为生存而战的,”这项研究的论文联合作者Adam Arkin表示。

Arkin指出,尽管科学家们在实验室里很容易诱导细菌产生tailocins,但仍有许多未解的问题存在,像如何在自然环境中部署tailocins、如何以及为什么特定的菌株会跟被精准定位成刺客的目标。

“一旦我们了解了靶向机制,我们就可以开始自己使用这些tailocins,”Arkin补充道,“医学的潜力显然是巨大的,但对于我们所做的科学来说也是不可思议的,我们正在研究环境微生物如何相互作用以及这些相互作用在重要生态过程中的作用如碳固存和氮处理。”

目前,要弄清楚群落中每个微生物在做什么是非常困难的,因为科学家们无法轻易地增加或减少菌株并观察其结果。而如果利用适当的tailocins则能让这些实验能更加容易得到完成。

Mutalik, Arkin和他们的同事也在进行后续研究,旨在揭示tailocins的作用机制。他们计划利用伯克利实验室的先进成像设备,对整个过程进行原子水平的快照,从泰洛辛与目标细胞结合的那一刻起,一直到细胞收缩。从本质上说,他们将拍摄一部微观的杀戮电影。

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