一項新的研究揭示了觸發海洋細菌從與藻類宿主共存過渡到突然大開殺戒的化學過程。科學家們詳細介紹了海洋細菌生活方式的變化，在這種變化中，它們從與藻類宿主的共生關係轉變為突然殺死它們。這項研究最近發表在《eLife》雜誌上。

對這種生活方式轉換的理解可以為藻類水華動態的調節及其對海洋環境中大規模生物地球化學過程的影響提供新的視角。

被稱為浮游植物的單細胞藻類形成了海洋性水華，它負責地球上發生的大約一半的光合作用，並構成了海洋食物網的基礎。因此，了解控制浮游植物生長和死亡的因素對於維持一個健康的海洋生態系統至關重要。眾所周知，來自亞硫酸鹽桿菌群的海洋細菌與浮游植物配對並共存，進行互利互動。浮游植物為亞硫酸鹽桿菌提供對細菌生長有用的有機物，如糖和氨基酸，而亞硫酸鹽桿菌則提供B族維生素和促進生長的因素作為回報。

然而，最近的研究顯示，亞硫酸鹽桿菌經歷了從共存到致病的生活方式轉換，在那裡它們殺死它們的浮游植物宿主。一種叫做DMSP的化學物質由藻類產生，據推測它在這種轉換中起作用。

第一作者、以色列魏茲曼科學研究院植物和環境科學系的博士畢業生諾亞-巴拉克-加維什說：”之前我們發現，當與浮游植物Emiliania huxleyi互動時，亞硫酸鹽桿菌D7顯示出一種生活方式的轉換。然而，我們對決定這種轉換的因素的了解仍然有限”。

為了確定這種生活方式轉換的特徵，Barak-Gavish及其同事進行了一項轉錄組學實驗，使他們能夠比較亞硫酸鹽桿菌D7在共存或致病階段不同表達的基因。

實驗表明，在致病性誘導培養基中生長的D7亞硫酸鹽桿菌比在共存培養基中生長的D7亞硫酸鹽桿菌具有更高的氨基酸和碳水化合物等代謝物的轉運體的表達。這些轉運體的作用是最大限度地吸收從垂死的埃米利安氏菌（E. huxleyi）釋放的代謝物。此外，在致病性的亞硫酸鹽桿菌D7中，研究小組觀察到負責細菌運動的鞭毛基因的激活增加。這兩個因素使D7亞硫酸鹽桿菌能夠利用一種”吃了就跑”的策略，在這種策略中，它們擊敗了競爭對手，獲得了E. huxleyi細胞死亡時釋放的物質，並遊走尋找另一個合適的宿主。

研究小組通過繪製D7磺化細菌在對DMSP和其他藻類衍生的化合物的存在作出反應時被激活的基因圖譜，確認了DMSP在帶來這種殺手行為的轉換中的作用。然而，當只有DMSP存在時，這種生活方式的轉換並沒有發生。這意味著，儘管DMSP介導了生活方式的轉換，但它也依賴於其他E. huxleyi衍生的信息化學物質的存在–這些化合物由生物體產生並用於交流。

DMSP是一種由許多浮游植物產生的信息化學物，因此很可能其他所需的信息化學物使細菌能夠識別特定的浮游植物宿主。在自然環境中，許多不同的微生物物種共同存在，這種特異性將確保細菌只有在正確的藻類夥伴出現時才會考慮改變基因表達及其代謝。

該研究還發現了藻類衍生的苯甲酸鹽在亞硫酸鹽桿菌D7和E. huxleyi互動中的作用。即使在高濃度的DMSP中，苯甲酸鹽的功能是維持共存的生活方式。苯甲酸鹽是一種有效的生長因子，在共存期間由E. huxleyi提供給亞硫酸鹽桿菌D7。作者提出，只要亞硫酸鹽桿菌D7通過接受生長材料從共存中獲益，它就會維持相互作用。當提供的苯甲酸鹽和其他生長底物減少時，該細菌就會進行生活方式的轉換，並殺死其浮游植物宿主，吞噬掉任何剩餘的有用材料。

亞硫酸鹽桿菌D7對E. huxleyi的致病性的確切機制仍有待發現，作者呼籲在該領域進一步開展工作。細胞機械2型分泌系統–許多細菌用來將物質移過其細胞膜的複合體–與其他亞硫酸鹽桿菌相比，在D7亞硫酸鹽桿菌中更為普遍，暗示了一種獨特的致病性方法，需要進一步調查。

“我們的工作為亞硫酸鹽桿菌與浮游生物互動中從共存到致病性的轉換提供了一個背景框架，”Se總結道。