早期的实验看起来像病毒叫做VP882做应该是不可能的事情,不是细菌,而不是技术上甚至还活着:拦截分子由宿主细菌交换消息,和阅读他们确定的最佳时间消灭整个菌落。普林斯顿大学(Princeton University)分子生物学家邦妮•巴斯勒(Bonnie Bassler)表示:“作为科学家,这是我们无法想象的。”我们既高兴又怀疑。这简直好得令人难以置信。
这不仅适用于VP882;巴斯勒了解到,有一类细菌感染病毒(噬菌体的一个亚群,简称“噬菌体”)能够窃听宿主与其他细菌之间的常规分子通信。巴斯勒说,这意味着VP882的杀灭触发器可以很容易地操纵来攻击任何细菌,从而开启了病毒被改造成危险病原体理想杀灭机器的可能性。
2009年,台湾科学家首次在一种与霍乱有关的细菌中发现VP882。巴斯勒说,这种细菌“可能会让人生病”,在调查这种疾病时,“研究人员偶然发现了这种病毒。”他们对其进行测序,并将其放入[DNA]储存库。当巴斯勒的研究生贾斯汀·西尔普(Justin Silpe)在这个数据库中发现这种病毒时,他一直在寻找一种基因,能够为一种名为DPO的特定分子的受体编码。霍乱和相关细菌利用这种分子进行所谓的“群体感应”——一种细菌用来计算附近有多少同类的化学“语音”。
当宿主在其环境中检测到高浓度的群体感应分子时,就好像细菌在房间里听到了大量的振动。“这说明他们有足够的邻居来做集体行为”——比如致病——巴斯勒说。她和西尔普曾希望在霍乱之外的其他细菌中找到DPO受体。相反,它出现在VP882中。“群体感应应该是关于细菌的。但这是一个病毒基因组,”她指出。“我们当时想,‘那个病毒在做什么?’”
当他们用VP882进行实验时,Silpe注意到,在没有DPO的霍乱菌落中,噬菌体和细菌和平共存。但“我们清楚地注意到,在添加DPO的地方,细胞死亡,”他说。这清楚地表明噬菌体正在杀死它们。为了证实群体感应信号确实是杀伤触发器,Silpe突变了vp882上的DPO受体,并显示突变的噬菌体没有杀伤。
这告诉这两个人,病毒会调入群体感应信息,并利用它来确定周围有多少潜在的受害者。如果病毒感知到足够的DPO,就意味着附近有自助餐;这标志着VP882开始破坏宿主细菌,并将自身的副本倾侧到菌落中。否则VP882就会静静地躺着,等待细菌繁殖。巴斯勒表示:“这是一种奇妙而又阴险的策略。”这使得噬菌体能够最优地找到下一个猎物。研究小组于本周四在《细胞》杂志上公布了他们的研究结果。
麻省理工学院的生物学家Mark Mimee说,这个关于VP882的发现“非常酷”,他没有参与这项研究。“这让人想起了这种噬菌体间谍,它真的在倾听细菌的声音,并选择合适的时机发动攻击。”他说,这一发现最有趣的部分是巴斯勒和西尔普如何通过基因工程改造VP882。大多数噬菌体生活在宿主细菌的类核内(由DNA组成的一个大团),但VP882的行为就像质粒——一个简单的DNA环,在细胞中自由漂浮。
当涉及到病毒本身的工程时,这是一个巨大的优势。质粒的修改相对简单,研究人员可以强迫任何细菌接受任何质粒;自从质粒在几十年前被发现以来,他们一直在这样做。由于VP882的行为方式相同,Bassler和Silpe能够设计出它的杀灭开关,当它感知到大肠杆菌、沙门氏菌或任何其他它们想要消灭的细菌所特有的信号时,就能启动该开关。
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