探索細菌社交互動以操縱細菌病原體

將于6月28日在Current Biology上發(fā)表的一項新研究提出了通過操縱人類病原體銅綠假單胞菌(一種引起慢性肺部感染的細菌)中的社會相互作用來誘導細菌群體崩潰的新策略。

由來自葡萄牙IGC研究所的Karina Xavier領導的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了一種新的方法來促進細菌群落中所謂的“作弊行為”，這種行為會導致細菌群體的崩潰，只需操縱化學品即可。環(huán)境的組成。

與人類社會相似，細菌生活在社區(qū)中并相互影響，以便更好地適應環(huán)境。他們經常生產出作為公共產品的化合物，因為它們分泌到周圍環(huán)境中并被整個人群消耗，從而使整個細菌群落受益。然而，一些細菌帶有突變，阻止它們生產這些公共產品。這些細菌突變體充當騙子，受益于公共產品而不為其生產做出貢獻。

“就像人類社會一樣，細菌種群擁有作弊者 - 公民無法工作，但依賴納稅人提供的社會福利，并從稅收所涵蓋的所有利益中獲利，而無需支付費用。如果許多公民作弊，整個經濟體系細菌也是如此。細菌作弊者從其他細菌產生的商品中獲利而沒有貢獻。因為作弊使他們能夠節(jié)約能源，他們可以生長得越來越快。最終，這些作弊者的數(shù)量可能會超過產生化合物的細菌。人口滅絕，因為公共物品將不再適合每個人，“ÖzhanÖzkaya解釋說，這項研究的第一作者和博士學位。這項研究正在進行時，Karina Xavier實驗室的學生。

眾所周知，細菌群可能在作弊者的存在下崩潰。但是在受感染的生物體中，細菌群體可能包括缺乏特定化合物產生的突變體。那么如果其他騙子玩同一個游戲會發(fā)生什么呢?

為了研究這些社會交往，IGC研究小組使用銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)，這是一種感染肺部的機會致病菌，常見于囊性纖維化患者。由這些細菌引起的慢性感染通常含有細菌突變體。Xavier的團隊使用試管和培養(yǎng)皿培養(yǎng)正常的銅綠假單胞菌和兩種不能生產兩種不同公共產品的突變體。他們觀察到這兩種突變體和正常細菌之間的相互作用可以防止種群崩潰。“我們的研究結果表明，當騙子互相欺騙時，可以防止一個騙子造成的人口崩潰，人口可以保持穩(wěn)定一段時間。從這個角度來看，這可能是非常好的。細菌，

為了能夠預測如何用不同的騙子改變細菌種群的命運，研究人員創(chuàng)建了一個簡單的數(shù)學模型。他們的研究結果表明，為了改變不同作弊者和合作者之間的穩(wěn)定互動，有必要改變生產公共物品的成本。同樣，Özhan和Xavier實驗室的其他團隊成員轉向他們的試管和培養(yǎng)皿，表明通過改變給予細菌的營養(yǎng)成分，他們可以改變這些合作行動的成本，并導致穩(wěn)定的人口滅絕。

“近年來，我們在了解細菌如何相互作用方面取得了巨大進步。這種新方法使我們能夠對細菌群落如何獲得或遭受合作或欺騙的發(fā)展進行預測和見解。在我看來，新藥阻斷細菌的社會行為，可能與傳統(tǒng)的抗生素結合，將更有效地清除感染，并將成為抗生素耐藥性問題的解決方案，“Karina Xavier說。

用經濟學來理解微生物學

經濟學理論有助于理解除人類以外的生物群落的行為。研究人員一直在使用經濟學的概念來研究細菌社交互動。其中兩個是“公地悲劇”和“公共利益困境”。根據(jù)經濟學中的理論，這些概念預測人類社會可能會遭受個人選擇，忽視社區(qū)在追求個人利益方面的福祉，即從公共利益中獲益。這是在細菌群落中觀察到的，其包括缺乏用于生產整個群落使用的化合物的細菌突變體。IGC團隊的這項新研究證明了這種理解如何用于建立操縱細菌病原體的策略。

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