也許當(dāng)你想到細(xì)菌群落時(shí)，你會想到一個(gè)充滿快速分裂的大腸桿菌的燒瓶。但是在非實(shí)驗(yàn)室條件下，細(xì)菌在由不同微觀生物組成的復(fù)雜，異質(zhì)的群落中生長。在這些社區(qū)中，細(xì)菌需要一種與其親屬交流的手段，并且他們通過稱為群體感應(yīng)(QS)的語言來做到這一點(diǎn)，其中蟲子分泌并檢測告訴他們是否被親屬包圍的因素(如果是的話，有多少)。

如果細(xì)菌產(chǎn)生有利于社區(qū)的“ 公益 ”代謝物，它們就需要這些信息。這些細(xì)菌不僅制造成本高昂，而且需要許多細(xì)菌的配合才能產(chǎn)生足夠的效果。因此，QS可以告訴細(xì)菌是否值得生產(chǎn)公共產(chǎn)品。然而，與人類社會契約一樣，并非所有細(xì)菌都對合作感興趣; 有些人是騙子，在沒有自己貢獻(xiàn)的情況下受益于公共利益。雖然這在一定程度上是可以容忍的，但人口中過多的貪婪者可能導(dǎo)致“ 公地悲劇”“或者公共物品的消耗。因此，作弊者和合作者之間存在微妙的平衡，QS起著重要的作用。

QS的一個(gè)方面長期困擾研究人員; 許多種類的細(xì)菌似乎都有多種QS途徑，每種途徑都能識別出具有特定受體的不同因子，但所有這些途徑都通過相同的調(diào)節(jié)蛋白漏斗。因此，這些途徑似乎是多余的，提出了為什么在進(jìn)化過程中它們都將被維持的問題。在PLOS Biology最近發(fā)表的一篇論文中，Eran Even-Tov，Shira Omer Bendori，Avigdor Eldar及其同事在兩種具有多種QS途徑的細(xì)菌(枯草芽孢桿菌和哈維氏弧菌)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)組合。)和數(shù)學(xué)建模來調(diào)查這個(gè)問題。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)獲得額外的QS途徑使細(xì)菌成為“兼性騙子”。這意味著具有額外途徑的菌株在低豐度時(shí)，在與缺乏額外途徑的菌株競爭時(shí)生長時(shí)可以作弊。然而，當(dāng)額外的通路應(yīng)變高豐度時(shí)，它又恢復(fù)到合作模式。通過這種方式，額外的QS途徑阻止了公地的悲劇。然而，是否合作的選擇不僅取決于周圍的社區(qū)組成。PLOS計(jì)算生物學(xué)論文證明，銅綠假單胞菌細(xì)菌整合了有關(guān)種群大小和代謝資源的信息，以決定是否將能量投入昂貴的合作行為。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)限制碳源，氮源或鐵都會影響公共產(chǎn)品鼠李糖脂的產(chǎn)生，這表明對QS和營養(yǎng)信號的復(fù)雜考慮。

傳統(tǒng)上認(rèn)為公共產(chǎn)品的生產(chǎn)對個(gè)人來說是有代價(jià)的，但對社區(qū)有益。然而，PLOS ONE最近的一篇論文表明，在社區(qū)利益的基礎(chǔ)上，合作和生產(chǎn)的細(xì)胞可能會有一些額外的私人利益。通過在枯草芽孢桿菌(一種產(chǎn)生保護(hù)性細(xì)胞外基質(zhì)作為公共物質(zhì)的物種)中構(gòu)建合成的QS途徑，他們發(fā)現(xiàn)合作菌株能夠更好地響應(yīng)QS信號，并且基質(zhì)似乎將QS分子集中在合作細(xì)胞，可能誘導(dǎo)有利的代謝反應(yīng)。通過QS進(jìn)行合作監(jiān)管的成本和收益也在微生物學(xué)前沿論文中進(jìn)行了考慮，作者開發(fā)了一個(gè)模型，以確定最佳公共產(chǎn)品生產(chǎn)率如何取決于人口規(guī)模。

如上所述，細(xì)菌是多樣的，異質(zhì)的社區(qū)的一部分。傳統(tǒng)上，QS被認(rèn)為僅對物種內(nèi)的相互作用很重要，但PLOS遺傳學(xué)中的一篇論文表明，一個(gè)物種中的QS分子可以影響另一物種的生長。在本文中，作者研究了一個(gè)兩種系統(tǒng)，并確定了銅綠假單胞菌對大腸桿菌的拮抗作用的機(jī)制。他們表明，缺乏關(guān)鍵QS途徑的銅綠假單胞菌突變體在抑制大腸桿菌生長方面效率較低，但也發(fā)現(xiàn)大腸桿菌可以進(jìn)化出對這些QS分子的抗性。

考慮到合作的作用不僅僅是我們對一般微生物學(xué)的理解。最近的證據(jù)表明，與長期存在的獨(dú)立行動假說相反，存在致病菌之間的合作。該假設(shè)指出，個(gè)體病原體彼此獨(dú)立地起作用以增加建立成功感染的機(jī)會。在這篇PLOS病原體論文中，作者提供了直接證據(jù)，證明蘇云金芽孢桿菌分泌的毒素對死亡率具有協(xié)同作用。獨(dú)立行動假設(shè)的失效對于開發(fā)改進(jìn)的病原體數(shù)學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評估模型非常重要。