一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種具有杰基爾和海德特征的卓越微生物。細(xì)菌伯克霍爾德氏菌(Burkholderia gladioli)生活在植物喂養(yǎng)甲蟲(chóng)的特定器官中，通過(guò)產(chǎn)生抗生素來(lái)保護(hù)昆蟲(chóng)的卵免受有害真菌的侵害。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)移到植物中時(shí)，細(xì)菌可以在整個(gè)組織中擴(kuò)散并對(duì)植物產(chǎn)生負(fù)面影響。

微生物在與動(dòng)物和植物相互作用時(shí)并不總是敵對(duì)的玩家，它們也可以是強(qiáng)大的盟友。事實(shí)上，微生物中的對(duì)抗生活方式和合作生活方式之間的轉(zhuǎn)變可能不是例外，盡管很少直接觀察到這種轉(zhuǎn)變。在Nature Communications上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，來(lái)自約翰內(nèi)斯古騰堡大學(xué)美因茨(JGU)，馬克斯普朗克化學(xué)生態(tài)研究所和萊布尼茨天然產(chǎn)物研究與感染生物學(xué)研究所的研究人員 - 漢斯諾爾研究所(HKI) - 在耶拿，以及位于巴西Rio Claro的Universidad Estadual Paulista收集了這種轉(zhuǎn)變的證據(jù)。

甲蟲(chóng)將后代保護(hù)外包給細(xì)菌

像許多其他昆蟲(chóng)一樣，一群草食性甲蟲(chóng)(Lagriinae)非常需要有效的防御。它們?cè)诼淙~下的潮濕土壤上產(chǎn)卵，保證與霉菌的接觸。由美因茨大學(xué)的Martin Kaltenpoth教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在甲蟲(chóng)Lagria villosa的卵上存在一種特殊細(xì)菌Burkholderia gladioli可以大大降低真菌感染的風(fēng)險(xiǎn)并幫助它們存活。“即使我們使用霉菌對(duì)于甲蟲(chóng)的卵子，那些存在共生微生物的雞蛋保持清潔，而那些沒(méi)有通常被雜草草坪覆蓋的雞蛋“，第一作者LauraFlórez博士說(shuō)，她在馬克斯普朗克化學(xué)研究所進(jìn)行了博士項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。耶拿的生態(tài)學(xué)描述了其中一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)。雖然其他一些昆蟲(chóng)也依賴微生物來(lái)保護(hù)天敵，但弱勢(shì)卵期的微生物防御還不得而知。

新發(fā)現(xiàn)的抗生素劑類似于植物防御化合物

如何保護(hù)富含營(yíng)養(yǎng)的甲蟲(chóng)卵?化學(xué)分析揭示了甲蟲(chóng)的微生物保鏢產(chǎn)生的四種不同的抗生素。雖然其中兩個(gè)已經(jīng)知道，但其他兩個(gè)分子之前沒(méi)有被描述過(guò)。萊布尼茲天然產(chǎn)物研究和感染生物學(xué)研究所的Christian Hertweck教授說(shuō)：“我們特別驚訝地發(fā)現(xiàn)一種新的化學(xué)物質(zhì)看起來(lái)更像植物防御化合物而不是細(xì)菌抗生素”，他指導(dǎo)了化學(xué)分析。所有四種化合物均抑制其他微生物的生長(zhǎng);有些人對(duì)真菌有活性，有些則對(duì)抗細(xì)菌。這種化學(xué)武器庫(kù)可能使甲蟲(chóng)的卵免受廣泛的有害微生物的侵害。

昆蟲(chóng)的朋友，植物的敵人

令人驚訝的是，甲蟲(chóng)的盟友與植物病原體密切相關(guān)。事實(shí)上，當(dāng)科學(xué)家將這種細(xì)菌應(yīng)用于大豆植物(大自然中常見(jiàn)的L. villosa甲蟲(chóng)食物來(lái)源)時(shí)，這些微生物會(huì)在整個(gè)植物中傳播。在那里，他們產(chǎn)生了負(fù)面影響，因?yàn)榕c對(duì)照植物相比，感染導(dǎo)致產(chǎn)生更少的豆類。但是細(xì)菌真的有機(jī)會(huì)離開(kāi)甲蟲(chóng)并感染植物嗎?另外一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明了他們的確如此。將甲蟲(chóng)限制在大豆葉中三天后，可在葉中檢測(cè)到細(xì)菌遺傳物質(zhì)。這可能與自然界有關(guān)，通過(guò)對(duì)五種相關(guān)甲蟲(chóng)物種的分析顯示：所有物種都含有伯克霍爾德氏菌(Burkholderia gladioli)菌株，但這些與其他環(huán)境或植物相關(guān)的伯克霍爾德氏菌(Burkholderia gladioli)菌株的關(guān)系比彼此更密切。因此，細(xì)菌可能會(huì)搭乘甲蟲(chóng)從一個(gè)植物跳到另一個(gè)植物。

昆蟲(chóng)共生作為抗生素的寶庫(kù)

有很多描述的昆蟲(chóng)在植物之間攜帶微生物。“拉格里亞甲蟲(chóng)的有趣之處在于他們的細(xì)菌搭便車已變成化學(xué)武裝的保鏢”，Martin Kaltenpoth教授解釋說(shuō)。此外，這種細(xì)菌生產(chǎn)以前未知的生物活性化合物的能力突出了昆蟲(chóng)和微生物之間的伙伴關(guān)系，作為新型抗生素的有希望的來(lái)源，可能有助于對(duì)抗越來(lái)越多的抗性人類病原體。