来自玫瑰杆菌属的海洋细菌与浮游植物配对并以互惠互利的方式共存。浮游植物为玫瑰杆菌提供有利于细菌生长的有机物质，例如糖和氨基酸，而玫瑰杆菌反过来提供 B 族维生素和促生长因子。然而，最近的研究表明，玫瑰杆菌经历了从共存到致病性的生活方式转变，它们杀死了它们的浮游植物宿主。一种叫做 DMSP 的化合物由藻类产生，并被假设在这种转换中发挥作用。
最近的研究发现，玫瑰杆菌经历了从共生关系到致病关系的转变，在那里它们对其浮游植物宿主变得致命。现在一项新的研究调查了导致这种转变发生的原因。
一项新研究揭示了触发海洋细菌从与藻类宿主共存转变为突然杀手的化学过程。海洋细菌生活方式的变化，在这种变化中，它们从以共生关系与藻类宿主共存转变为突然杀死它们。该研究最近发表在eLife杂志上。了解这种生活方式的转变可以为藻华动态的调节及其对海洋环境中大规模生物地球化学过程的影响提供新的视角。
被称为浮游植物的单细胞藻类形成海洋有机基础，负责地球上大约一半的光合作用，并构成海洋食物网的基础。因此，了解控制浮游植物生长和死亡的因素对于维持健康的海洋生态系统至关重要。众所周知，来自玫瑰杆菌属的海洋细菌与浮游植物配对并以互惠互利的方式共存。浮游植物为玫瑰杆菌提供有利于细菌生长的有机物质，例如糖和氨基酸，而玫瑰杆菌反过来提供 B 族维生素和促生长因子。
然而，最近的研究表明，玫瑰杆菌经历了从共存到致病性的生活方式转变，它们杀死了它们的浮游植物宿主。一种叫做 DMSP 的化合物由藻类产生，并被假设在这种转换中发挥作用。
毕业于以色列魏茨曼科学研究所植物与环境科学系Noa Barak-Gavish 博士说“我们之前已经发现，当与浮游植物Emiliania huxleyi相互作用时， Roseobacter Sulfitobacter D7 显示出生活方式的转变 “然而，我们对决定这种转变的因素的了解仍然有限。”
为了表征这种生活方式的转变，Barak-Gavish 及其同事进行了一项转录组学实验，使他们能够比较Sulfitobacter D7 在共存或致病阶段差异表达的基因。
他们的实验装置表明，与 在共存培养基中生长的相比，在致病性诱导培养基中生长的硫酸杆菌 D7 具有更高的氨基酸和碳水化合物等代谢物转运蛋白表达。这些转运蛋白有助于最大限度地吸收垂死的Emiliania huxleyi ( E. huxleyi )释放的代谢物 。此外，在致病性硫化杆菌 D7 中，研究小组观察到负责细菌运动的鞭毛基因的激活增加。这两个因素使 Sulfitobacter D7 能够利用“吃完就跑”的策略，在这种策略下，它们击败了竞争对手 E. huxleyi 释放的物质细胞死亡并游走寻找另一个合适的宿主。
该团队通过绘制硫化杆菌 D7中激活的基因以响应 DMSP 和其他藻类衍生化合物的存在，证实了 DMSP 在导致这种杀伤行为转变中的作用。然而，当只有 DMSP 存在时，生活方式的转变并没有发生。这意味着，尽管 DMSP 介导了生活方式的转变，但它也依赖于其他 E. huxleyi衍生的信息化学物质的存在——生物体产生并用于交流的化合物。
DMSP 是一种由许多浮游植物产生的信息化学物质，因此其他所需的信息化学物质很可能使细菌能够识别特定的浮游植物宿主。在许多不同的微生物物种共存的自然环境中，这种特异性将确保细菌仅在存在正确的藻类伴侣时才投资于改变基因表达及其新陈代谢。
该研究还揭示了藻类衍生的苯甲酸盐在 Sulfitobacter D7 和 E. huxleyi 相互作用中的作用。即使在高浓度的 DMSP 中，苯甲酸盐也能维持共存的生活方式。苯甲酸盐是一种有效的生长因子，在共存期间由E. huxleyi 提供 给 Sulfitobacter D7。作者提出，只要 Sulfitobacter D7 通过接收生长物质从共存中获益，它就会保持互惠相互作用。当提供较少的苯甲酸盐和其他生长底物时，细菌会经历生活方式转变并杀死其浮游植物宿主，吞噬任何剩余的有用物质。
Sulfitobacter D7 对 E. huxleyi 致病性的确切机制 仍有待发现，作者呼吁在该领域开展进一步工作。与其他玫瑰杆菌相比，细胞机械 2 型分泌系统——一种许多细菌用来在细胞膜上移动物质的复合物——在 硫酸杆菌 D7 中更为普遍，这暗示了一种独特的致病方法，需要进一步研究。
“我们的工作为玫瑰杆菌-浮游植物相互作用从共存到致病性的转变提供了一个背景框架，”资深作者、魏茨曼科学研究所植物与环境科学系教授 Assaf Vardi 总结道。“这些相互作用是调节藻华动态的一个未被充分认识的组成部分，在这一领域的进一步研究可以深入了解它们对海洋环境中碳和硫命运的影响。”
参考资料：Noa Barak-Gavish、Bareket Dassa、Constanze Kuhlisch、Inbal Nussbaum、Alexander Brandis、Gili Rosenberg、Roi Avraham 和 Assaf Vardi 的“响应藻类代谢物的细菌生活方式转变”，2023 年 1 月 24 日，eLife。
DOI: 10.7554/eLife.84400