Nature：解析沙门氏菌的“团队牺牲精神”

细菌这种自杀的现象，用科学术语形容为：协作性自我摧毁（self-destructive cooperation），通过这一自杀行动，鼠伤寒沙门氏菌和艰难梭菌（Clostridium difficile）在肠道里建立更为稳固感染地。

　　

细菌，这一生物世界里低等的生物，您可别小瞧它，人家也有团队精神，相比人类的团队精神，它们的更具震撼性。为兄弟两肋插刀，死而无憾！可谓是它们的真实写照。言归正传，沙门氏菌的菌群里有一种自杀性的沙门氏菌，它们常牺牲自己，给同胞（其他的沙门氏菌）创造更好的生存环境（在人体肠道里）。这种精神值得我们尊敬。

 

科学家们一直对细菌这种仗义的行为表示出浓厚的兴趣，细菌总爱团队作战，牺牲一部分是为了建立更稳固的江山（建立更严重的感染），可谓有组织、有纪律。究竟个中机制和玄机是如何的呢？科学家们正准备解开这一谜团。

 

细菌这种自杀的现象，用科学术语形容为：协作性自我摧毁（self-destructive cooperation），通过这一自杀行动，鼠伤寒沙门氏菌和艰难梭菌（Clostridium difficile）在肠道里建立更为稳固的根据地，正所谓没有白白的牺牲，小部分的牺牲是为了争取更大的利益。

 

为了研究鼠伤寒沙门氏菌这一自杀行为，瑞士和加拿大的科学家开展多方的调查研究，现在他们已经找出鼠伤寒沙门氏菌的这一战术兴盛的原因了。

 

该研究团队由瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich Switzerland）的Martin Ackerman领导，他们研究鼠伤寒沙门氏菌表达III型分泌系统毒力因子（TTSS-1），这一毒素可引起肠道发炎。

 

TTSS-1可杀死肠道里的其他微生物菌落，目的是阻止其他菌落与鼠伤寒沙门氏菌竞争资源，不幸的是也会杀死靠近TTSS-1的大部分鼠伤寒沙门氏菌（分泌TTSS-1的菌也会被自己分泌的TTSS-1杀死）。执行这一功能后，就为存活下来的鼠伤寒沙门氏菌扫清了前进的道路，它们就可以获得更多的生存资源。这一行为其实与人类争夺能源的行为有异曲同工之妙。

 

在肠腔的中，只有15%的鼠伤寒沙门氏菌可以表达TTSS-1。相反，在肠壁的组织里，所有的鼠伤寒沙门氏菌都表达TTSS-1。 当大量的鼠伤寒沙门氏菌入侵肠组织时，肠道开始发炎，并释放免疫细胞杀死入侵细菌，当然也会杀死肠道里的一些正常菌群。

 

研究团队的另一成员，瑞士苏黎世联邦理工学院的Wolf-Dietrich Hardt说，我们认为这一现象很奇怪。肠腔里的鼠伤寒沙门氏菌与肠壁里的鼠伤寒沙门氏菌从遗传背景上看是没有差异的，但是肠腔里的部分鼠伤寒沙门氏菌却准备牺牲自己保全同胞。你可以想象一下，这与二战时期的日本风神军队所用的战术是一样的。日军神风（Kamikaze）的自殺式攻击（用战斗机直接撞毁美军的航母）就是牺牲自己而使同胞获得更大的利益。

 

科学家们称控制这一自杀行为的基因为“风神”基因（Kamikaze genes）

 

这种协作性自我摧毁的行为倚赖基因的调控，不过控制自杀行为的基因并不总是会表达出来。有自杀行为的就是表达TTSS-1毒素的行为，这一行动可确保其他的鼠伤寒沙门氏菌继续享用丰富的资源。如果每一个细菌都表达TTSS-1，那么每个细菌都会死亡，这就不利于细菌存活。

 

因此，研究小组得出结论：协作性自我摧毁的行为是为了公共利益（等同于国家利益），在这些情况下，肠道的炎症也变得很严重。更关键的是，个体间的协作总是会给团体带来益处，比起没有团队精神的物种来说它们的协作精神给团队带来很多好处，科学家们将这一行为称为：分工合作（assortment）。

 

对肠道菌而言，assortment有利于菌群的兴旺，使少量的菌落可利用宿主资源扩大菌群数，比如说大肠杆菌数只有100个时，通过这一行为就可快速繁殖起来。

 

这一研究结果发表在《Nature》杂志上，这一理论充实了细菌利他行为和合作行为的理论。

如果利于同胞的基因一直被表达，那么持有这一基因的细菌就会慢慢消失，因为它们会为了公共利益毫不犹豫地牺牲自己。但是，如果这一基因存在，却不被表达，那么这一基因就会细菌一直流传到子代去。

 

这一机制的发现有利针对致病菌开发新的治疗策略。在西方国家，沙门氏菌是感染率最高的一种致病菌，对老年人和体质虚弱的人来说感染沙门氏菌的危害极其严重。Hardt说，毫无疑问，沙门氏菌疫苗是抵御沙门氏菌的必需的途径。同时，我们发现很多沙门氏菌株在家畜中出现有耐药现象，这加剧了沙门氏菌的危害性。

 

不过，从我们研究结果来看，现在疫苗针对的毒力因子不是最佳的选择，因为，这一毒力因子并不是所的细菌都表达，只有少量的细菌表达这一毒力因子。

原文摘要：Self-destructive cooperation mediated by phenotypic noise

（生物通 张欢）