病毒選擇搭乘而不是殺死細菌群體

在一項新的研究中，來自荷蘭、美國和巴西的研究人員在珊瑚礁附近茁壯成長的微生物中發(fā)現(xiàn)病毒和細菌之間的相互作用顛覆傳統(tǒng)觀念。隨著細菌密度在一種生態(tài)系統(tǒng)中增加，感染這些細菌的病毒數(shù)量也隨之增加。人們普遍認為這種不斷增加的病毒群體接著會殺死越來越多的細菌，從而限制細菌群體規(guī)模。這是一種被稱作“殺死獲勝者（kill-the-winner）”的模型---勝利者是這些茁壯生長的細菌細胞，殺手是感染它們的病毒（大多數(shù)殺菌病毒被稱作噬菌體）。

然而，在這項新的研究中，研究人員研究了珊瑚礁附近的病毒-宿主之間的動態(tài)行為，研究結(jié)果提示著在某些條件下，病毒能夠改變它們的感染策略。當(dāng)潛在的宿主細菌變得越來越多時，一些病毒放棄快速增殖，相反選擇平靜地停留在它們的宿主內(nèi)，因此降低它們的病毒數(shù)量。研究人員將這種備擇模型稱為“搭乘勝利者（piggyback-the-winner）”，而且它可能對基于噬菌體的藥物開發(fā)和面對促進細菌繁榮生長的環(huán)境擾亂時的生態(tài)系統(tǒng)復(fù)原產(chǎn)生影響。相關(guān)研究結(jié)果于2016年3月16日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Lytic to temperate switching of viral communities”。

論文*作者、美國圣地亞哥州立大學(xué)病毒生態(tài)學(xué)家Ben Knowles說，“殺死勝利者似乎說得通。它背后的邏輯已存在一段時間了。這是一種非常有吸引人的推理。”

Knowles、圣地亞哥州立大學(xué)博士后研究員Cynthia Silveira與一個合作小組決定測試這種新模型。他們收集太平洋和大西洋珊瑚礁附近富含細菌的海水樣品。他們?nèi)缓罄蔑@微成像和基因組技術(shù)分析了這些樣品中的細菌和感染它們的病毒的豐度和性質(zhì)。

基于殺死勝利者模型，研究人員將期待在高細菌密度和生長率的樣品中會在每個細菌發(fā)現(xiàn)更多的病毒。然而，Knowles和他的團隊發(fā)現(xiàn)*相反的情形：隨著細菌豐度增加，病毒與細菌的比率顯著下降。

接下來，Knowles和他的團隊開展一項實驗：他們在來自圣地亞哥教士灣和原始珊瑚礁位點的海水中培養(yǎng)細菌和病毒多天，在其期間，他們監(jiān)控病毒和細菌豐度。這些結(jié)果與他們的現(xiàn)場取樣相匹配：當(dāng)細菌群體繁榮時，病毒數(shù)量保持相對較低的水平。

為什么這些病毒不利用這個不斷增加的細菌群體從而感染它們并且快速增殖？為什么它們不殺死這些勝利者？為了進一步探究這種現(xiàn)象，研究人員進行宏基因組分析以便確定樣品中的這些病毒是表現(xiàn)出致命的掠奪特征，還是表現(xiàn)出非掠奪性生活方式特征。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)在含有更高細菌數(shù)量的樣品中，病毒群體變得并不那么致命。

更多的病毒并不增殖，也不殺死它們不斷增加的細菌宿主群體，而是將它們自己整合進它們的宿主內(nèi)。這些病毒更加緩慢地增殖，避免與其他的病毒競爭，而且也避免接觸宿主自身的免疫防御。研究人員說，在細菌快速生長期間，這種搭乘勝利者模型要比殺死勝利者模型更好地解釋了病毒-宿主之間的動態(tài)行為。

Knowles說，“當(dāng)你有快速生長的宿主，如果你是病毒，那么你從整合中獲利更多。它就是一種聰明的寄生行為。”

更好地理解這些動態(tài)行為有望改善人類健康。比如，特定噬菌體有望成為一種可能的療法用于治療諸如囊性纖維化之類的疾病，其中囊性纖維化是由常見的肺部細菌感染導(dǎo)致的。這一發(fā)現(xiàn)可能也有助于改善海洋生態(tài)學(xué)家對影響珊瑚礁健康的微生物力量的理解。