細(xì)菌是“高情商”的生物，懂得“社交”。他們以團(tuán)結(jié)協(xié)作的群體形式生活在自然環(huán)境中，以抵抗來自外界環(huán)境的壓力。同一細(xì)菌群體中還存在自我識別能力，可以區(qū)分哪些是同一家族，同時共同抵抗“異族”。具有擴散能力的化學(xué)信號分子和細(xì)菌的表面受體可作為細(xì)菌群體識別的語言和工具。
　　噬菌體是地球上數(shù)量最多的一種細(xì)菌病毒。噬菌體的生存依附于細(xì)菌，但它的繁殖和擴散又依賴于細(xì)菌的死亡。噬菌體與細(xì)菌永不停息的相愛相殺共同譜寫了生物進(jìn)化的篇章，而廣泛使用的限制性內(nèi)切酶和CRISPR系統(tǒng)是二者相愛相殺的最好證據(jù)。
　　日前，中國科學(xué)院南海海洋研究所王曉雪課題組和賓夕法尼亞州立大學(xué)Thomas Wood 課題組在4月16日的Cell Reports 雜志上報道了細(xì)菌游動過程中使用感染它們的病毒（即噬菌體）進(jìn)行自我識別的新方式。這是細(xì)胞使用病毒將自己與近源的競爭對手區(qū)分開來的第一個證據(jù)。
　　研究的想法開始于王曉雪等準(zhǔn)備運動平板，科研人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)把不同大腸桿菌 K-12 BW25113菌株接種在同一運動平板上時，經(jīng)過一段時間，菌株在相遇的區(qū)域建立起一道“防御線”，形成了一道類似于“國界”的分界線（圖1，紅色箭頭）。
　　為了揭示分界線形成的機制，科研人員對已有的大腸桿菌K-12突變文庫的4296個單基因敲除的菌株進(jìn)行篩選。幸運的是，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)菌中攜帶的突變影響到噬菌體復(fù)制所需的基因，分界就完全消失了。研究人員推測，“分界線”可能是通過烈性噬菌體引起的細(xì)胞裂解形成的。
　　對邊界線處的群體進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在長期的進(jìn)化過程，一個類似于T1的噬菌體（重新命名為SW1）被細(xì)菌捕獲，將其基因組整合到了細(xì)菌基因組上。在運動平板上，當(dāng)攜帶SW1噬菌體的大腸桿菌與不攜帶SW1噬菌體的大腸桿菌相遇時，一部分細(xì)菌中SW1噬菌體會重新被激活，重新釋放到環(huán)境中，去攻擊不帶有此噬菌體的細(xì)胞（外族，沒有標(biāo)記“SW1”）并殺死這些細(xì)胞，從而在“交戰(zhàn)區(qū)”形成了沒有活細(xì)菌而存在大量活躍的SW1的透明區(qū)，也就是平板上看到的分界線（demarcation line）（圖2A）。
　　分界線一旦形成，界內(nèi)的細(xì)菌可以在這道屏障的保護(hù)下進(jìn)行繁殖和搜尋營養(yǎng)物質(zhì)，互不干擾。而攜帶有SW1噬菌體的細(xì)菌可以幫助細(xì)菌抵御其它噬菌體的入侵（圖2B），并在特定的情況下提供爭奪營養(yǎng)的優(yōu)勢條件。
　　利用王曉雪等前期構(gòu)建的大腸桿菌K-12中9個隱匿型噬菌體的缺失突變株（Wang et al., 2010 Nature Communications）進(jìn)行檢測時，研究人員發(fā)現(xiàn)其中1個古老的隱匿型噬菌體CPS-53攜帶的YfdM蛋白，是負(fù)責(zé)細(xì)菌自我識別的關(guān)鍵蛋白。他們發(fā)現(xiàn)，將攜帶SW1的細(xì)菌細(xì)胞暴露在YfdM中，會刺激噬菌體顆粒的產(chǎn)生，并導(dǎo)致缺乏SW1細(xì)胞的裂解。相反的，較高濃度的YfdM或噬菌體顆粒會在細(xì)菌細(xì)胞之間產(chǎn)生更為明顯的分界線（圖2C）。
　　研究結(jié)果表明，SW1通過使用宿主中的CPS-53神秘防御蛋白YfdM進(jìn)行控制“分界線”的形成。而神秘的防御蛋白來自于一個更加古老的噬菌體。
　　這種新的自我識別機制允許細(xì)菌群體與“親屬”進(jìn)行交流，同時對抗“外族”，這種交流在對營養(yǎng)需求、毒力表達(dá)、密度感應(yīng)和生物膜形成中可能非常重要。細(xì)菌能夠通過化學(xué)信號的交流將自己與其他細(xì)菌區(qū)分開來，這項新的研究展示了細(xì)胞利用病毒來區(qū)分自己和周圍環(huán)境中密切相關(guān)的細(xì)菌。因此，應(yīng)該重新評估病毒與其細(xì)胞宿主之間的關(guān)系，因為病毒感染可能在某些競爭條件下對宿主更為有利。
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圖1 大腸桿菌自我識別的“分界線”（紅色箭頭）
 
　　圖2 SW1病毒對大腸桿菌競爭優(yōu)勢的貢獻(xiàn)。（A）游動過程中，無SW1病毒的細(xì)菌與攜帶SW1的細(xì)菌相遇，被對方釋放出的SW1裂解，從而形成分界線；（B）攜帶SW1病毒在其他噬菌體入侵時為細(xì)菌提供保護(hù)；（C）原噬菌體CPS53的YfdM促進(jìn)SW1的繁殖。