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为探究 Mycosynbacter amalyticus 感染机制，研究人员用多种技术，发现 MA 外层对感染至关重要，影响污水处理。
在神秘的微生物世界里，污水处理厂就像一个庞大而复杂的 “生态系统”。在这个 “生态系统” 中，存在着一群被称为 “微生物暗物质” 的神秘微生物，它们频繁被检测到，却因其难以培养、功能未知而充满神秘色彩。其中，Patescibacteria 门的微生物就是这样一群神秘的存在。
Candidatus Mycosynbacter amalyticus（以下简称 M. amalyticus）是一种从污水中分离出来的专性坏死寄生菌，它以 Gordonia amarae 为宿主。然而，关于 M. amalyticus 如何吸引宿主、感染并裂解宿主细胞的机制，一直是个未解之谜。而 Gordonia amarae 能产生分枝菌酸（mycolic acids，MA），这种物质不仅是其细胞外膜的关键成分，还与污水处理厂的泡沫问题密切相关。了解 M. amalyticus 与 Gordonia amarae 之间的相互作用机制，不仅有助于揭示微生物的寄生奥秘，还可能为解决污水处理厂的实际问题提供新的思路。
为了揭开这些谜团，来自澳大利亚拉筹伯大学（La Trobe University）、墨尔本大学（The University of Melbourne）等机构的研究人员 Jayson J. A. Rose、Matthew D. Johnson 等人开展了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们揭示了这两种微生物之间的奇妙 “战争”。
研究人员主要运用了电子冷冻断层扫描（electron cryo-tomography，CryoET）、全基因组测序（whole genome sequencing，WGS）以及实验室进化实验等技术方法。通过 CryoET，研究人员能够在纳米分辨率下观察细胞间的相互作用；WGS 则帮助他们确定 Gordonia amarae 突变体中的基因变化；实验室进化实验用于筛选出对 M. amalyticus 具有抗性的 Gordonia amarae 突变体。
研究结果如下：
- CryoET 揭示细胞间的亲密接触和独特结构：利用 CryoET 技术，研究人员观察到 M. amalyticus 与 G. amarae 细胞表面紧密相互作用。M. amalyticus 通过类似 IV 型菌毛的细丝与 G. amarae 表面相连，同时还存在一种管状结构连接两种细胞。此外，研究还发现了 M. amalyticus 细胞上的两种独特结构，一种是类似长矛的附属物，另一种是在细胞极点形成的复杂膜隔室，这些结构可能在感染过程中发挥重要作用。
- 筛选出抗性突变体并确定相关基因：研究人员通过重复实验，筛选出 11 个生长缓慢且对 M. amalyticus 感染具有抗性的 Gordonia amarae 突变体（Gordonia amarae mutants，GAMs）。这些突变体在与 M. amalyticus 共培养时，生长不受影响，且 M. amalyticus 无法在这些突变体上复制。全基因组测序显示，这些突变体的突变主要发生在与 MA 生物合成途径相关的基因上，包括 pks13、pptT 等基因。
- MA 外层结构完整性对感染至关重要：基因组分析表明，MA 生物合成途径的破坏使 G. amarae 对 M. amalyticus 感染产生抗性。CryoET 分析显示，GAMs 的 MA 外层结构不清晰，甚至缺失，同时其细胞表面疏水性降低。这表明 MA 外层的结构完整性对于 M. amalyticus 的附着和感染至关重要。
在讨论部分，研究人员指出，M. amalyticus 对 G. amarae 的感染过程可能是通过 IV 型菌毛识别并附着在 MA 结构上，然后利用长矛 / 导管状结构穿透宿主细胞，获取营养物质。MA 为 M. amalyticus 提供了附着位点，使其能够接触到宿主细胞的阿拉伯半乳聚糖（arabinogalactan，AG），进而获取营养。
此外，该研究对于污水处理也具有重要意义。在污水处理厂中，Gordonia amarae 等 Mycolata 菌的过度增殖会导致稳定的表面泡沫问题，影响污水处理效率。而 M. amalyticus 有可能作为一种生物控制手段，抑制 Mycolata 菌的生长。研究发现，Mycolata 菌在长期接触 M. amalyticus 后，会产生影响 MA 生物合成的突变，导致生长受损、疏水性丧失，从而失去稳定泡沫的能力。这表明，利用 M. amalyticus 控制 Mycolata 菌的数量，使其低于产生泡沫的阈值，可能是一种可行的污水处理策略，但这还需要在实际环境中进一步验证。
总的来说，这项研究通过多种技术手段，深入揭示了 M. amalyticus 与 G. amarae 之间的寄生关系，明确了 MA 外层在感染过程中的关键作用，为理解微生物寄生机制提供了新的视角，同时也为污水处理厂的生物控制策略提供了理论依据。未来，研究人员将继续探索这些微生物的奥秘，进一步研究 CryoET 揭示的新结构的功能，为微生物学和污水处理领域带来更多的突破。
