Science ：与线虫狼狈为奸的双面细菌

　　

生物通报道：发光杆菌是寄生在线虫肠道对线虫生存有益的一等良民。而打开一个分子开关，这位良民就会变身成为致命的昆虫杀手。

密歇根州立大学的研究人员发现发光杆菌具有一个DNA开关，可以使其从线虫肠道共生的益生菌转变为昆虫血液中剧毒物。文章发表在Science杂志上。

微生物学和分子遗传学助理教授Todd Ciche发现这种转变是随机出现的，并会造成截然不同的特性，例如致死宿主或和谐共生。人类的肠道更复杂，不过这一研究成果有望为医疗突破提供新信息，他说。

“动物和我们的肠道很相似，都充满了微生物，”Ciche说。“这些微生物在宿主体内和体外实验中并不相同，而我们现在才刚刚开始了解这种微生物共生同盟的建立，以及它们的功能和进化。”

微生物群落会随机产生具有不同特性的突变株，如有毒或无毒，耐受抗生素或对抗生素敏感。发光杆菌P. luminescens的生活史具有双面性，一面是其宿主线虫体内的共生菌，另一面是许多昆虫的病原菌。共生状态的发光杆菌寄居在线虫的肠道中，缓慢的生长并能帮助线虫生存甚至繁殖。随着线虫的生长，这些细菌显露出其邪恶的一面。它们打开了DNA开关，开始快速生长并产生致命毒素。在线虫感染昆虫时，发光杆菌就释放出它们的杀虫毒素。

“就像跳蚤与瘟疫那样狼狈为奸，”Ciche说。

现在的问题是：是什么造成了发光杆菌的这种巨大转变？

研究人员观察到了发光杆菌的致病突变（P形态）转变为在线虫肠道共生的M形态的过程。而这两种截然不同的形态的转变开关是一个随机的启动子倒置。M形态细菌更小（是P形态的七分之一），生长的更慢而且发光能力较弱，并且M形态的细菌是没有毒性的，产生的次级代谢物也更少。研究人员通过观察线虫体内单个发光杆菌的形态转换，发现母线虫体内的M形态发光杆菌是寄生在感染期幼虫IJ体内的第一批细菌。随后，发光杆菌在感染期幼虫体内由M形态转换为P形态，武装了这些幼虫以进行下一个感染昆虫的循环。

“了解控制线虫体内发光杆菌双面性的DNA开关，我们就能更好的了解细菌进入休眠期并耐受抗生素的机制，而这一过程对于慢性感染治疗非常关键，”Ciche说。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

A Single Promoter Inversion Switches Photorhabdus Between Pathogenic and Mutualistic States

Microbial populations stochastically generate variants with strikingly different properties, such as virulence or avirulence and antibiotic tolerance or sensitivity. Photorhabdus luminescens bacteria have a variable life history in which they alternate between pathogens to a wide variety of insects and mutualists to their specific host nematodes. Here, we show that the P. luminescens pathogenic variant (P form) switches to a smaller-cell variant (M form) to initiate mutualism in host nematode intestines. A stochastic promoter inversion causes the switch between the two distinct forms. M-form cells are much smaller (one-seventh the volume), slower growing, and less bioluminescent than P-form cells; they are also avirulent and produce fewer secondary metabolites. Observations of form switching by individual cells in nematodes revealed that the M form persisted in maternal nematode intestines, were the first cells to colonize infective juvenile (IJ) offspring, and then switched to P form in the IJ intestine, which armed these nematodes for the next cycle of insect infection.