葡萄糖饥饿的酵母毒害邻近的微生物以及它自己的克隆

酵母不是我们曾经认为的简单的单细胞微生物，而是竞争杀手。当缺乏葡萄糖时，酵母会释放出一种毒素，这种毒素会毒害进入其周围栖息地的其他微生物，甚至是它自己的克隆体。这种有毒现象以前是未知的，有助于我们了解单细胞微生物的行为和单细胞生物向多细胞生物的进化，以及对食品工业的潜在有用应用。

在大流行期间，面包烘焙成为一种流行的新爱好，所以现在你可能会在许多厨房橱柜里发现一小包干酵母。几千年来，这种小活菌一直是我们饮食的主要组成部分，使我们能够享用松软的面包、甜酒和起泡的啤酒。直到最近，酵母还被认为是一种简单的单细胞(单细胞)微生物，但东京大学的研究人员现在发现它具有致命的生存策略。他们的工作发表在PLOSBiology上。

“在葡萄糖饥饿的危急生存情况下，酵母向其栖息地释放毒素，杀死其他微生物，而酵母本身获得抗性，”艺术与科学研究生院的助理教授TetsuhiroHatakeyama解释说。

“我们将这种现象称为后发性杀伤。我们更惊讶地发现，酵母产生的毒素也可以杀死它们不适应的克隆，因此它们不仅有杀死入侵微生物的危险，而且还有杀死它们自己的后代的风险。这种看似冒险和以前几乎没有在单细胞生物中发现过自杀行为，甚至没有被认为存在。”

尽管在许多细菌和真菌中众所周知的合作行为形式，但这项研究是在单细胞生物的克隆细胞中发生的竞争力的第一个突出发现。这对于我们理解微生物生态学以及为什么某些特定微生物在发酵过程中生长而其他微生物不生长具有重要意义。

为了做出这一发现，研究小组在葡萄糖限制和葡萄糖丰富的条件下分别培养了克隆细胞(即来自同一亲本细胞)。当细胞结合起来时，它们的生长模式表明，已经适应葡萄糖饥饿的酵母细胞能够毒害后来者并为自己保留食物资源。

“我们的研究揭示了酵母行为令人惊讶的自私的一面，”畑山说。“我们发现的现象类似于古希腊哲学家CarneadesofCyrene提出的一个思想实验，称为Carneades的木板：如果一名水手抓住一块只能支撑一个人的木板从沉船中逃脱，并且然后推开另一个追他的水手，他会被控谋杀吗?”

研究人员认为，这种策略可能有助于酵母避免群体的大规模饥饿，同时也有助于选择更有可能继续其血统的产生毒素的后代。在几种不同类型的酵母中观察到了这种策略——最初是从啤酒、面包和葡萄酒中提取的——这可能意味着这种现象可能在这个不同的物种中更广泛地发生。

这一发现可用于为经济上重要的酵母种类(例如食品工业中使用的酵母)开发有用的生长控制机制。虽然未包含在本研究中，但它也可能为更好地控制可能对人类和动物健康产生负面影响的酵母类型铺平道路。该团队接下来想探索这一发现对细胞进化的影响。

“对于多细胞生物的发育，不仅需要相互激活细胞生长，还需要相互抑制细胞生长或克隆细胞中的程序性细胞死亡，”Hatakeyama解释道。

“众所周知，真菌比其他生物更容易在单细胞和多细胞之间进行进化过渡，因此我们想解开后来者杀灭与多细胞生物进化之间的关系。我们希望这项研究能为我们的研究做出重大贡献对生态系统发展和进化转变的理解。”