日復(fù)一日，與你最大的敵人在最小的空間。聽起來難以忍受?在微生物世界中，這已經(jīng)成為數(shù)十億年的日常生活。正如馬克斯普朗克海洋微生物研究所和卡爾加里大學(xué)的研究人員所做的一項研究所揭示的那樣，這種可疑的接近可能導(dǎo)致不尋常的合作關(guān)系。

如果你想知道我們的史前祖先是什么樣的，你可以通過顯微鏡一瞥。如果你很幸運(yùn)，你會發(fā)現(xiàn)它們：微小的，單細(xì)胞的真核生物 - 也稱為原生生物。原生生物是動物，植物和真菌的直系親屬。然而，這些單細(xì)胞生物在進(jìn)化過程中幾乎沒有改變它們的外觀。他們中的許多人仍然完全像他們的祖先多年來一直在做的事情：他們捕殺和吃其他微生物。一群這樣的掠奪性原生生物就是所謂的Breviatea。這個群體大約在十億年前出現(xiàn) - 當(dāng)時在深海中缺氧。

作為對氧消耗的適應(yīng)，Breviates使用相當(dāng)簡單的新陳代謝：發(fā)酵。該過程產(chǎn)生的能量顯著低于例如細(xì)菌硝酸鹽呼吸。面對這種情況，Breviates與細(xì)菌合作以提高新陳代謝效率不是很方便嗎?聽起來合乎邏輯。但有一個問題：細(xì)菌是Breviates最喜歡的獵物。由Emmo Hamann，Harald Gruber-Vodicka和Marc Strous領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組仍然想知道這種伙伴關(guān)系是否可行 - 并提供令人興奮的見解。

Breviates和Arcobacter-非常好的朋友

最初，哈曼和他的同事們前往德國瓦登海的一個潮汐平臺收集沉積物樣本。通過一點耐心和適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)混合物，他們設(shè)法刺激了捕食性的Breviates和硝酸鹽呼吸細(xì)菌的生長。“Breviate是一個迄今為止未知的物種，”哈曼回憶道。“我們把它命名為Lenisia limosa。” 該細(xì)菌屬于弓形桿菌屬。弓形桿菌名聲不好。一些代表在人類和動物的胃腸道中定殖，這可能導(dǎo)致疼痛感染。事實上，Breviates沒有腸道，但細(xì)菌就在它們的表面上。

“這一發(fā)現(xiàn)確實引起了我們的好奇心。為什么一個細(xì)菌，其親屬通常與動物一起生活，殖民一個掠奪性的布雷維特?” 來自不來梅馬克斯普朗克研究所的Harald Gruber-Vodicka說。為了回答這個問題，研究人員仔細(xì)研究了這兩種生物的代謝。令他們驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)弓形桿菌根本沒有害處。弓形桿菌甚至有助于促進(jìn)Breviates的增長。Gruber-Vodicka說：“Breviates在Arcobacter存在的情況下增長了兩倍”。

“通過生長實驗和蛋白質(zhì)分析，我們能夠確切地看到當(dāng)細(xì)菌遇到Breviates時會發(fā)生什么”，Hamann解釋說。“在它們的新陳代謝過程中，Breviates產(chǎn)生氫氣。然后這些氫氣被細(xì)菌去除。當(dāng)兩種生物相互碰撞時，它們會對它們的代謝產(chǎn)生熱線。” 這有利于Breviates的發(fā)酵代謝，并幫助他們獲得更多的能量。“我們發(fā)現(xiàn)了這種能量增加所需的幾種酶。這些酶只在Arcobacter存在時產(chǎn)生。” 這兩種生物都能獨自生活。因此，共生不是強(qiáng)制性的。然而，細(xì)菌仍然具有很大的優(yōu)勢，因為它們使用釋放的氫來呼吸硝酸鹽。因此，我們正在處理一個雙贏的局面。

合作伙伴如何聚在一起?

研究人員發(fā)現(xiàn)與作為動物寄生蟲的細(xì)菌有驚人的相似之處。“為了使它們的宿主定殖，許多細(xì)菌使用特定的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)被稱為毒力因子，”Gruber-Vodicka說。這些蛋白質(zhì)有助于細(xì)菌附著在宿主表面。“而正是這些蛋白質(zhì)也分別在Breviates和弓形之間的共生活躍?？磥?，毒力因子不僅對疾病很重要，但也讓掠奪性原生動物和細(xì)菌之間的利益關(guān)系。如果證明屬實，這將改變我們的樣子在毒力因素。“

“可能細(xì)菌已經(jīng)發(fā)展出它們與原生生物一起在進(jìn)化的早期形成共生的能力，”現(xiàn)任卡爾加里大學(xué)研究主席的Marc Strous說。“通過這些合作伙伴，他們學(xué)會了如何識別宿主的組織并在其上生長。后來，他們開始殖民動物。” 但是，需要進(jìn)一步的研究來證明這一假設(shè)。“我們將尋找其他類似的共生體來進(jìn)一步研究這個問題”，哈曼說。馬克斯普朗克研究所和卡爾加里大學(xué)研究人員的激動人心的時刻。“誰知道呢?也許很快就會將原型機(jī)用作微型時間機(jī)器，以便了解當(dāng)今多種共生的起源。”