Science ：雙面發(fā)光桿菌的根源DNA開關(guān)

發(fā)光桿菌是寄生在線蟲腸道對線蟲生存有益的一等良民。而打開一個分子開關(guān)，這位良民就會變身成為致命的昆蟲殺手。

密歇根州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)發(fā)光桿菌具有一個DNA開關(guān)，可以使其從線蟲腸道共生的益生菌轉(zhuǎn)變?yōu)槔ハx血液中劇毒物。文章發(fā)表在Science雜志上。

微生物學(xué)和分子遺傳學(xué)助理教授Todd Ciche發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變是隨機(jī)出現(xiàn)的，并會造成截然不同的特性，例如致死宿主或和諧共生。人類的腸道更復(fù)雜，不過這一研究成果有望為醫(yī)療突破提供新信息，他說。

“動物和我們的腸道很相似，都充滿了微生物，”Ciche說。“這些微生物在宿主體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中并不相同，而我們現(xiàn)在才剛剛開始了解這種微生物共生同盟的建立，以及它們的功能和進(jìn)化。”

微生物群落會隨機(jī)產(chǎn)生具有不同特性的突變株，如有毒或無毒，耐受抗生素或?qū)股孛舾小０l(fā)光桿菌P. luminescens的生活史具有雙面性，一面是其宿主線蟲體內(nèi)的共生菌，另一面是許多昆蟲的病原菌。共生狀態(tài)的發(fā)光桿菌寄居在線蟲的腸道中，緩慢的生長并能幫助線蟲生存甚至繁殖。隨著線蟲的生長，這些細(xì)菌顯露出其邪惡的一面。它們打開了DNA開關(guān)，開始快速生長并產(chǎn)生致命毒素。在線蟲感染昆蟲時，發(fā)光桿菌就釋放出它們的殺蟲毒素。

“就像跳蚤與瘟疫那樣狼狽為奸，”Ciche說。

現(xiàn)在的問題是：是什么造成了發(fā)光桿菌的這種巨大轉(zhuǎn)變?

“了解控制線蟲體內(nèi)發(fā)光桿菌雙面性的DNA開關(guān)，我們就能更好的了解細(xì)菌進(jìn)入休眠期并耐受抗生素的機(jī)制，而這一過程對于慢性感染治療非常關(guān)鍵，”Ciche說。

研究人員觀察到了發(fā)光桿菌的致病突變（P形態(tài)）轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€蟲腸道共生的M形態(tài)的過程。而這兩種截然不同的形態(tài)的轉(zhuǎn)變開關(guān)是一個隨機(jī)的啟動子倒置。M形態(tài)細(xì)菌更小（是P形態(tài)的七分之一），生長的更慢而且發(fā)光能力較弱，并且M形態(tài)的細(xì)菌是沒有毒性的，產(chǎn)生的次級代謝物也更少。研究人員通過觀察線蟲體內(nèi)單個發(fā)光桿菌的形態(tài)轉(zhuǎn)換，發(fā)現(xiàn)母線蟲體內(nèi)的M形態(tài)發(fā)光桿菌是寄生在感染期幼蟲IJ體內(nèi)的*批細(xì)菌。隨后，發(fā)光桿菌在感染期幼蟲體內(nèi)由M形態(tài)轉(zhuǎn)換為P形態(tài)，武裝了這些幼蟲以進(jìn)行下一個感染昆蟲的循環(huán)。