当共存不再有益时朋友或敌人细菌会杀死它们的藻类宿主

科学家们详细描述了海洋细菌中发生的一种生活方式转变，在这种转变中，它们从与藻类宿主以互惠互利的方式共存转变为突然杀死它们。结果今天发表在eLife上。

这种生活方式转变的细节可以为藻华动态的调节及其对海洋环境中大规模生物地球化学过程的影响提供新的见解。

被称为浮游植物的单细胞藻类形成海洋水华，负责地球上大约一半的光合作用，并构成海洋食物网的基础。因此，了解控制浮游植物生长和死亡的因素对于维持健康的海洋生态系统至关重要。众所周知，来自玫瑰杆菌属的海洋细菌与浮游植物配对并以互惠互利的方式共存。浮游植物为玫瑰杆菌提供有利于细菌生长的有机物质，例如糖和氨基酸，而玫瑰杆菌反过来提供B族维生素和促生长因子。

然而，最近的研究表明，玫瑰杆菌经历了从共存到致病性的生活方式转变，在这种状态下，它们会杀死浮游植物宿主。一种叫做DMSP的化合物由藻类产生，并被假设在这种转换中发挥作用。

“我们之前已经发现，当与浮游植物Emilianiahuxleyi相互作用时，RoseobacterSulfitobacterD7显示出生活方式的转变，”第一作者NoaBarak-Gavish博士说。毕业于以色列魏茨曼科学研究所植物与环境科学系。“然而，我们对决定这种转变的因素的了解仍然有限。”

为了表征这种生活方式的转变，Barak-Gavish及其同事进行了一项转录组学实验，使他们能够比较SulfitobacterD7在共存或致病阶段差异表达的基因。

他们的实验装置表明，与在共存培养基中生长的相比，在致病性诱导培养基中生长的硫酸杆菌D7具有更高的氨基酸和碳水化合物等代谢物转运蛋白表达。这些转运蛋白用于最大限度地摄取从垂死的Emilianiahuxleyi(E.huxleyi)释放的代谢物。此外，在致病性硫化杆菌D7中，研究小组观察到负责细菌运动的鞭毛基因的激活增加。这两个因素使SulfitobacterD7能够利用“吃完就跑”的策略，在这种策略下，它们击败了E.huxleyi细胞死亡后释放的物质的竞争者，然后游走寻找另一个合适的宿主。

该团队通过绘制硫化杆菌D7中激活的基因以响应DMSP和其他藻类衍生化合物的存在，证实了DMSP在导致这种杀伤行为转变中的作用。然而，当只有DMSP存在时，生活方式的转变并没有发生。这意味着尽管DMSP介导了生活方式的转变，但它也依赖于其他E.huxleyi衍生的信息化学物质的存在-生物体产生和使用的化合物进行交流。

DMSP是一种由许多浮游植物产生的信息化学物质，因此其他所需的信息化学物质很可能使细菌能够识别特定的浮游植物宿主。在自然环境中，许多不同的微生物物种共存，这种特异性将确保细菌仅在存在正确的藻类伴侣时才投资于改变基因表达及其代谢。

该研究还揭示了藻类衍生的苯甲酸盐在SulfitobacterD7和E.huxleyi相互作用中的作用。即使在高浓度的DMSP中，苯甲酸盐也能维持共存的生活方式。苯甲酸盐是一种有效的生长因子，在共存期间由E.huxleyi提供给SulfitobacterD7。作者提出，只要SulfitobacterD7通过接收生长物质从共存中获益，它就会保持互惠相互作用。当提供较少的苯甲酸盐和其他生长底物时，细菌会经历生活方式转变并杀死其浮游植物宿主，吞噬任何剩余的有用物质。

SulfitobacterD7对E.huxleyi致病性的确切机制仍有待发现，作者呼吁在该领域开展进一步工作。与其他玫瑰杆菌相比，2型细胞分泌系统是许多细菌用来将物质移动穿过细胞膜的复合体，在硫酸杆菌D7中更为普遍，这暗示了一种独特的致病方法，需要进一步研究。

“我们的工作为玫瑰杆菌-浮游植物相互作用从共存到致病性的转变提供了一个背景框架，”资深作者、魏茨曼科学研究所植物与环境科学系教授AssafVardi总结道。“这些相互作用是调节藻华动态的一个未被充分认识的组成部分，在这一领域的进一步研究可以深入了解它们对海洋环境中碳和硫命运的影响。”