生物學家將竊聽細菌通信的病毒變成細菌殺手

在一項新的研究中，美國普林斯頓大學分子生物學家Bonnie Bassler和研究生Justin Silpe鑒定出病毒VP882能夠竊聽細菌對話，隨后有點像間諜小說里的情節，他們發現一種利用它攻擊大腸桿菌和霍亂弧菌等致病性細菌的方法。相關研究結果于2018年12月13日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“A Host-Produced Quorum-Sensing Autoinducer Controls a Phage Lysis-Lysogeny Decision”。

Bassler說，“病毒檢測細菌用于通信的分子是一個全新的想法。Silpe發現這是首個自然發生的情形，隨后他重新設計了這種病毒，這樣他就能夠提供他選擇的任何感覺輸入，而不是通信分子，接著這種病毒就可根據需要殺死細菌。”

Bassler說，病毒僅能做出一個決定：留在宿主細菌內，或者殺死宿主細菌。這就是說，病毒要么在它的宿主細菌內部隱藏起來，要么激活一種殺死程序（kill sequence），這種殺死程序讓導致病毒會產生數百或數千個病毒后代，這就導致宿主細菌爆裂，從而殺死當前的宿主細菌，并攻擊附近的其他宿主細菌。

作出這種殺死決定存在著一種內在的風險：“如果附近沒有其他的宿主細菌，那么病毒和它的所有后代都會死亡。”VP882找到了一種從這種決定中消除風險的方法：它竊聽細菌宣布它們在一個群體中，這時當病毒作出這種殺死決定時，就會增加釋放出來的病毒立即遇到新的宿主細菌的可能性。Bassler說，“它是非常聰明和陰險的。”

Bassler在多年前就已發現細菌彼此間能夠溝通并感知彼此的存在，并且在采取一致行動之前確保細菌數量到達它的法定水平。但是，她從未想到一種病毒能夠竊聽這種群體感應通信（quorum-sensing communication）。

她笑著說，“這些細菌被竊聽了。另外，Silpe的研究表明這些群體感應分子跨越生物界邊界傳遞信息。”病毒并不與細菌處于同一個生物界---事實上，病毒并不屬于任何生物界，這是因為它們在技術上并不是活的。但是，讓人難以置信的是，病毒能夠檢測和理解細菌彼此之間的通信信號。這不同于敵對國家之間的互相監視，也不同于人類與狗之間的交流---它們至少是相同生物界和動物門（脊椎動物）的成員。

在發現這種跨生物界竊聽（cross-kingdom eavesdropping）的首個證據后，Silpe開始尋找并發現了更多的證據。

Bassler說，“他剛開啟了一個全新的領域。僅有這樣的一個跨生物界通信的例子對我們沒有任何意義。Silpe發現了**個例子，然后，在他的發現之后，他開展更加深入的研究，他發現了一系列具有類似能力的病毒。這些病毒可能并非都在竊聽這種群體感應信息，但是很明顯的是，它們能夠竊聽它們的宿主細菌的信息，然后利用這些信息殺死這些宿主。”

Silpe說，他是因為Bassler對細菌通信的研究而被吸引到她的實驗室開展研究。他說，“通信似乎是一種進化出來的特性。在聽到細菌能夠做到這一點---這是她的發現，你想到的如此原始的有機體實際上能夠進行通信，這真地是激動人心的。病毒甚至比細菌更簡單。比如，我研究的這種病毒大約僅有70個基因。將這些基因中的一個用于監測群體感應非常值得注意。通信顯然不是高等生物所獨有的。”

一旦Silpe證實VP882正在竊聽細菌彼此間的通信，他就開始嘗試給它提供錯誤的信息，以便誘導病毒激活殺死指令---從而將這種竊聽病毒變成一種細菌殺手。

VP882不是**種用作抗菌治療的病毒。捕食細菌的病毒被稱為“噬菌體”，而且“噬菌體療法”---利用噬菌體靶向治療細菌性疾病---是一種已知的醫療策略。但是，VP882是**個使用竊聽來知道殺死它的靶標的**時間，這使得Silpe在利用沙門氏菌和其他的致病菌開展的實驗中**使用具有跨生物界通信的噬菌體療法。

此外，病毒VP882作為一種治療工具具有巨大潛力，這是因為它并不是一種典型的病毒。大多數病毒僅能夠感染特定類型的細胞。比如，流感病毒僅感染肺細胞；HIV僅感染特定的免疫系統細胞。但是，VP882具有“特別廣泛的宿主范圍”。到目前為止，Silpe僅在三種不相關的細菌---霍亂弧菌、沙門氏菌和大腸桿菌---中進行了“概念驗證”測試。這三種細菌已獨自進化了數億年，因此如果它們都對這種細菌殺手很敏感，那么這意味著還更多的細菌也會如此。

Bassler將這一發現歸功于Silpe。在確定霍亂弧菌中的一個新的群體感應基因后，他選擇在基因組數據庫中搜索這個基因。除了找到一些相關的細菌菌株外，恰好有一種病毒也具有這個群體感應基因。Bassler想知道它是否可能是一個毫無意義的數據噪音，但是Silpe想要獲得這種病毒的樣本并開展實驗。

她說，“他熱情高漲，我想，‘管他呢，給這孩子一點支持吧。’如果這不能很快奏效，我們總是能夠換別的繼續開展研究。他的想法很瘋狂，這因為從來沒有證據表明病毒會竊聽宿主細菌信息并以此決定停留在宿主細菌中還是殺死它們。但是這個實驗室是建立在一些瘋狂的想法之上的，就像細菌之間的交流一樣，而我們也在某種程度上以此為生。當然，這就是科學之美，普林斯頓大學的科學之美：你有足夠的資源來驗證這些想法，看看是否確實如此。這一次，這不僅是確實如此，而且還是一個重大的發現。”