真菌菌丝通过促进细菌空间混合增强接触依赖性杀伤作用

本研究揭示了真菌菌丝在表面生长系统中如何通过促进细菌扩散和空间混合，增强Vibrio cholerae（霍乱弧菌）对Pseudomonas stutzeri（施氏假单胞菌）的接触依赖性杀伤作用。研究人员发现，真菌菌丝作为扩散媒介，增加了细菌间的接触频率，从而提高了VI型分泌系统（T6SS）的杀伤效率，使V. cholerae在初始种群劣势下仍能获得生长优势。该研究为理解微生物群落组装和真菌-细菌互作提供了新视角，发表于《The ISME Journal》。

　　

在自然界中，表面附生微生物系统（如生物膜和菌落）普遍存在，它们在生物地球化学循环、生物技术和人类健康中扮演重要角色。这些系统通常由密集的细胞组成，导致强烈的种内和种间竞争。然而，缺乏细菌扩散途径时，生物量的扩张会因细胞推挤导致不同细菌在生物量边缘的空间混合衰减，从而减少短程相互作用的机会。许多细菌相互作用（如接触依赖性杀伤）需要细胞直接接触，因此空间混合的衰减会降低这些相互作用的有效性。真菌菌丝及其相关的水膜可以抵消这种空间混合的衰减，减少不同细菌细胞间的平均距离。真菌菌丝由许多真菌形成，能够穿越异质景观（如气-水界面），并通过表面张力在表面保留水膜，为细菌从高密度区域迁移提供扩散途径。这种增加的扩散可以减少不同细菌间的竞争强度，增加有效种群大小，从而减缓生物量边缘的随机漂变效应，延缓表面生长过程中细菌空间混合的衰减。

中国农业大学和瑞士联邦水生科学技术研究所的研究人员合作，通过表面生长实验和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）技术，研究了真菌菌丝如何影响Vibrio cholerae（霍乱弧菌）和Pseudomonas stutzeri（施氏假单胞菌）的竞争动态。研究发现，真菌菌丝显著增加了两种细菌的空间混合，特别是在生物量边缘，从而提高了V. cholerae通过VI型分泌系统（T6SS）对P. stutzeri的杀伤效率。此外，鞭毛运动是细菌沿菌丝扩散的关键因素，缺乏鞭毛的V. cholerae无法有效扩散，最终被P. stutzeri取代。

研究结果表明，真菌菌丝通过两种机制影响细菌竞争：一是通过增加空间混合和细胞接触频率，提高T6SS介导的杀伤效率；二是通过鞭毛运动使细菌能够迁移到资源更丰富的区域。这些发现揭示了真菌菌丝在微生物群落组装中的重要作用，为理解微生物互作和生态系统功能提供了新的理论基础。

在方法上，研究人员使用了基因工程改造的细菌菌株（如V. cholerae ΔT6SS和V. cholerae T6SS⁺），通过荧光标记区分不同菌株，并在有或无真菌菌丝的LB琼脂平板上进行共培养实验。利用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）定量分析了细菌的空间分布和竞争结果。此外，还通过玻璃丝实验验证了水膜在细菌扩散中的作用。

研究结果部分的小标题和结论如下：

真菌菌丝增加V. cholerae和P. stutzeri的空间混合
实验显示，真菌菌丝显著提高了V. cholerae ΔT6SS和P. stutzeri的空间混合指数，特别是在生物量边缘。这表明菌丝通过促进细菌扩散减缓了空间混合的衰减。

T6SS在真菌菌丝存在时增强V. cholerae的竞争力
当V. cholerae T6SS⁺与P. stutzeri共培养时，真菌菌丝的存在使P. stutzeri的生物量占比从61%降至29%，表明T6SS的杀伤效率在菌丝介导的空间混合下显著提高。

鞭毛运动是细菌沿菌丝扩散的关键
缺乏鞭毛的V. cholerae T6SS⁺ΔflaA无法沿菌丝扩散，最终被P. stutzeri完全取代，说明鞭毛运动是细菌利用菌丝扩散的必要条件。

活性真菌菌丝非必需
用玻璃丝替代真菌菌丝的实验中，细菌仍能通过水膜扩散并表现出类似的竞争动态，表明水膜的物理作用足以解释观察到的现象。

研究结论强调，真菌菌丝通过增加细菌空间混合和促进鞭毛介导的扩散，显著增强了接触依赖性杀伤的效率。这一发现不仅揭示了真菌-细菌互作的生态学意义，还为理解微生物群落的组装和功能提供了新的视角。未来研究可以进一步探索不同真菌种类和环境条件对细菌竞争的影响，以及这些互作在自然生态系统中的应用潜力。