科學家發現了生活在大型細菌表面的微小細菌不同尋常的生活方式所必需的基因。伴孢桿菌是一類神秘的微小微生物，其生存方式難以捉摸。雖然科學家只能培養出其中的少數幾種，但它們卻是在許多環境中都能發現的多樣性家族的一部分。

掃描電子顯微照片顯示，紫色的小棒狀桿菌細胞生長在大得多的細胞表面。西雅圖華大醫學中心約瑟夫-穆格斯（Joseph Mougous）實驗室領導的新研究揭示了它們的生命週期、基因，以及它們不同尋常的生活方式背後的一些分子機制。這些附生細菌是Southlakia epibionticum。圖片來源：Yaxi Wang、Wai Pang Chan 和Scott Braswell/華盛頓大學

研究人員能在實驗室培養的少數幾種棒狀桿菌寄生在另一種更大的宿主微生物的細胞表面。一般來說，棒狀桿菌缺乏製造許多生命必需分子所需的基因，如構成蛋白質的氨基酸、形成膜的脂肪酸和DNA 中的核苷酸。研究人員由此推測，許多無脊椎動物依靠其他細菌生長。

在最近發表於《細胞》（Cell）的一項研究中，研究人員首次揭示了不同尋常的棒狀桿菌生活方式背後的分子機制。這一突破得益於對這些細菌進行基因操縱的方法的發現，這一進展為可能的新研究方向開闢了一片天地。

西雅圖系統生物學研究所的尼廷-S-巴利加（Nitin S. Baliga）說：”雖然元基因組學可以告訴我們哪些微生物生活在我們的身體上和身體內，但僅憑DNA序列並不能讓我們深入了解它們的有益或有害活動，特別是對於那些以前從未被表徵過的生物。”

表生細菌研究員拉里-A-加拉格爾（Larry A. Gallagher）在華盛頓大學醫學院微生物實驗室的顯微鏡前。圖片來源：S. Brook Peterson/華盛頓大學

他補充說：”從基因上擾亂棒狀桿菌的能力為應用強大的系統分析透鏡來快速描述強制性附生生物的獨特生物學特性提供了可能性。”

這項研究背後的團隊由華盛頓大學醫學院微生物學系約瑟夫-穆格斯（Joseph Mougous）實驗室和霍華德-休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute）領導。

它們是許多不為人知的細菌之一，其DNA 序列出現在對從環境來源的物種豐富的微生物群落中發現的基因組進行的大規模遺傳分析中。這種遺傳物質被稱為”微生物暗物質”，因為人們對其編碼的功能知之甚少。

《細胞》雜誌的論文指出，微生物暗物質可能含有潛在生物技術應用的生化途徑信息。它還為支持微生物生態系統的分子活動以及該系統中聚集的各種微生物物種的細胞生物學提供了線索。

在這項最新研究中分析的棒狀桿菌屬於糖桿菌（Saccharibacteria）。它們生活在各種陸地和水域環境中，但以棲息在人類口腔中最為著名。至少從中石器時代開始，它們就是人類口腔微生物群的一部分，並與人類口腔健康有關。

在人的口腔中，糖桿菌需要放線菌的陪伴，放線菌是它們的宿主。為了更好地了解酵母菌與宿主的關係機制，研究人員利用基因操作來確定酵母菌生長所必需的所有基因。

西雅圖華盛頓大學醫學院微生物實驗室厭氧工作站，附生細菌研究員王雅茜。圖片來源：S. Brook Peterson/華盛頓大學

微生物學教授穆格斯（Mougous）說：”能夠初步了解這些細菌所攜帶的不尋常基因的功能，我們感到非常興奮。通過今後對這些基因的重點研究，我們希望能揭開糖細菌如何利用宿主細菌生長的神秘面紗”。

研究中發現的可能的宿主相互作用因素包括可能幫助糖桿菌附著在宿主細胞上的細胞表面結構，以及可能用於運輸營養物質的專門分泌系統。

作者工作的另一項應用是生成了表達熒光蛋白的酵母菌細胞。利用這些細胞，研究人員對糖桿菌與宿主細菌一起生長的情況進行了延時顯微熒光成像。

穆格斯實驗室的資深科學家布魯克-彼得森（S. Brook Peterson）指出：”對糖桿菌-宿主細胞培養物的延時成像揭示了這些不尋常細菌生命週期的驚人復雜性。”

研究人員報告說，一些酵母菌作為母細胞，粘附在宿主細胞上，反復出芽，產生小的後代。這些小傢伙繼續尋找新的宿主細胞。一些後代反過來成為了母細胞，而另一些則似乎與宿主進行著無益的互動。

研究人員認為，更多的遺傳操作研究將為更廣泛地了解他們所描述的”這些生物體所蘊含的豐富的微生物暗物質儲備”的作用打開一扇大門，並有可能發現尚未想像到的生物機制。