对付猪队友，小细菌们有“狠招儿”

龙听

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2018-5-12 10:59

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作为人类，尤其是那种不爱惹事的老好人，经常会遇到这种情况——9 O2 @9 j- h6 M' a: h% P& @

0 K0 j: R( u, J. o4 {9 p接受某项集体任务，然后开始兢兢业业埋头苦干，深知只有先为集体做出贡献，才能享受集体成果。
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3 H1 S- h& e3 i, h  L然而，总是有一些浑水摸鱼的猪队友们（这里特指“懒”，与智商无关），别人朝五晚九，他们朝九晚五，优哉游哉地等待勤劳的队友们刷完任务条，自己心安理得地坐享其成。9 u3 ~9 b. x3 \/ `4 L

! t1 |4 ]4 c. _0 D' _0 @人类中的老好人或许会顾及同胞的面子一时隐忍不发，可细菌对待懒蛋猪队友就没这么仁慈了，它们的原则简单，做法粗暴——抓到懒菌，立即处决。
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2 {* O! l0 T6 j% Q9 d2 \% ]细菌会把“猪队友”赶尽杀绝（漫画绘制：Yuki小柒）, o) R) u) `1 p% R% M" J1 V# K4 t

7 ~, t5 H, f8 i6 M“菌队”蛀虫; a, r, D+ Q" `

: @5 x) k" M$ J1 q3 ~5 H, z看了前文，你已经知道细菌是有队友的了。不仅如此，它们还会相互交流！细菌交流也有它们自己的“语言”——化学信号分子[1]。它们会发出信号，让集体知道自己的存在；它们也会接收信号，知道周围自己队友的数量。当集体数量到达一定的水平时，大家才会组队搞事情，比如在人体里致个病什么的。这种行为对于细菌“菌队”来说至关重要，毕竟，菌多力量大，齐心可得胜！0 {, R- ]" ]+ W! K$ I, d( o
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集齐“附近的菌”，一起“干坏事”（漫画绘制：Yuki小柒）
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理想的菌队需要每只菌都具有集体荣誉感，每天上报“菌情”（分泌信号因子），并按时完成“菌令”——比如制造“菌用物资”（一些特定蛋白）就是其中之一[2]。
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但是，正如人类经常会遭遇一些光吃不干的懒蛋，细菌队伍中会有一定比例的“懒惰菌”，它们要么不汇报“菌情”，要么不完成“菌令”，还抢别的菌生产的“菌粮”来壮大自己的小分队。% R" O7 m2 {4 u6 Y
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这些“吃白饭”的细菌们无疑是菌队中的蛀虫。
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试想如下情景：当一个菌队遇到强敌，需要大家一起冲锋陷阵才能生存， “勤奋菌”们都在忙着造武器，懒惰菌们却躲在后方偷物资。
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结果会是怎么样的呢？
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3 W! ~0 |) k- o1 t. |/ z懒惰菌一直拿集体物资发展壮大，如果不加以控制，勤奋菌必然会被拖垮——整个菌队也随之瓦解。
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! i: f" f( ?& A  x& o' j3 G4 K偷物资的懒惰菌们拖了整个菌队“后腿”（漫画绘制：Yuki小柒）* ]. [4 {% S& J: \% k

8 C3 V) V, A: Y" X4 f# ?制裁懒惰菌! e$ V2 \* ^5 r+ U
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就拿铜绿假单胞菌（pseudomonas aeruginosa）来说吧，团队作战是它们生存和攻击人类（引起疾病）的基础。
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正常菌在出生的时候都继承了两种通讯系统（群体效应系统）——LasR-LasI系统（暂且把它比作“手机”），和RhlR-RhlI系统（暂且把它比作“电台”），“手机”和“电台”各自分别会发出命令（即信号分子）——就像 “短信”和“电报”。
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“短信”的第一条内容是号召大家一起来生产菌用物资（蛋白酶），为整个菌队供口粮。第二条内容是告诉细菌打开“电台”，收发“电报”。; n& U9 }" ]- q8 Y6 m/ n6 d  w
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这“电报”有啥作用呢？# o) b- O7 ]( @9 G% m' r  @9 G

7 J' o. J. n, V8 n* w) q前面说过，如果菌队公共物资一直被懒惰菌偷用，假以时日，整个菌队就会分崩瓦解，但国有国法，“菌有菌规”，细菌们是不会坐以待毙，眼看着自己打下的江山被懒蛋们毁掉的。
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为制裁懒惰菌，铜绿假单胞菌不得不拿出杀手锏——致命氰化物类毒素。在“投毒”前，菌队先会对全体发出“密电”预警——“毒气来袭，快戴面具！”。勤奋菌的手机和电台都是功能完好的，收到信号就能够有效防御。但懒惰菌们手机常年关机，不和集体联络，电台也早就失效，对毒素毫无防备，只能坐以待毙了[2]。4 L9 Z& `* r3 ^; d
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常年“关机”的铜绿懒惰菌因收不到“电波预警”被组织“清理门户”（漫画绘制：Yuki小柒）2 r& m1 `6 {( x7 T  e2 z
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“以菌治菌”: R& e) N: T. D; }  W+ \
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对于菌队来说，懒惰菌可以算得上是非常可恶的存在！进化生物学家Stuart West[3]曾经谈到，他们在做动物细菌感染实验的时候，发现那些特别会合作搞事儿的细菌群们有时候会发生“系统崩盘”的现象，原因正是因为这些“揩油”的懒惰菌偷取了“菌队”的粮草！% ]/ L. g8 A( w1 o4 p: q
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但对于一直和致病菌作斗争的研究人员而言，懒惰菌无疑是最佳卧底之选。怎么说呢？如果我们将大量懒惰菌引入致病菌群体中，让这些“叛徒”打破致病菌原有的团结合作的模式，那整个细菌菌队不就散乱无章、不攻自破了吗？事实上，后来 West也的确验证了这个现象，当小鼠感染正常的铜绿假单胞菌的时候，几天之内就会全部挂掉，而West往这部分正常的“菌队”里故意加了一些“卧底”后，小鼠的存活率竟然提高了！2 Y7 L& J$ h/ `% K% d
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“理论上说来，我们仅仅通过添加一些‘卧底’菌就能降低致病菌感染的毒性呢！”West如是说道。不仅如此，如果通过基因工程手段将这些卧底懒惰菌改造成对某些因素敏感的类群，再把它们引入人体，混到正常的菌群中，让它们偷偷在菌队内部“叛变”并夺取主权，当卧底懒惰菌占到绝对数量优势后，整个菌群就会变得极其好对付了。好一招“反间计”啊……  s1 S) R. @' p6 V$ r$ I0 m

. p; L- J  U8 U; H# u. I9 F当“强敌”（抗生素或不利环境因素）来袭——没有“卧底菌”的群体坚不可摧，有“卧底菌”捣乱的群体分崩离析（漫画绘制：Yuki小柒）
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8 Y. ]3 }$ w: o' u; d然而，休斯顿莱斯大学的生物进化学家David Queller[3]却提出质疑，他担心加入的“卧底菌”也存在安全隐患：“你们真的要给已经感染的病人再注射细菌吗？”
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不得不说，这一盆冷水浇得还有些道理，目前这种“以毒攻毒”的治疗手段还缺乏深入的论证。但无疑，改造和利用“卧底菌”有助于开发新的治疗手段。到那时，让顽固的致病菌害怕的可能不仅是抗生素，还有自家“后院起火”了[4]。
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' h2 V. v* M, c( q1 i7 y$ D, Q5 e一个“菌”（漫画绘制：Yuki小柒）
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（编辑：明天）8 T- }- U: ~6 n- c! R: ]$ Q

4 f3 V% F/ e! q. k( C  ^$ h4 @( Z参考文献：* [0 ?# P6 B( _* K1 c, B

) E1 J% g' x. U5 z0 \; K/ ?7 F4 @付艳芳, 唐李斐, 万军庭,等. 细菌的信息交流[J]. 氨基酸和生物资源, 2004, 26(4):62-64.% F8 V8 B) v6 ^9 Q
Wang M, Schaefer A L, Dandekar A A, et al. Quorum sensing and policing of Pseudomonas aeruginosa social cheaters.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2015, 112(7):2187-91.9 g* w! o( {) W5 h( M  M8 [
https://www.sciencedaily.com/releases/2011/05/110526103002.htm
/ `) p1 Z9 S4 `# PAsher Mullard, Cheating bacteria could treat infections, nature, 2009-1-21, http://www.nature.com/news/2009/090121/full/news. 2009.47.html