細菌是一種具有侵略性的生物,它們已經進化出了一系列嚴酷的策略來殺死和抑制競爭對手。這些策略中最極端的一種是細胞主動分裂並死亡,以釋放大量的毒素來殺死其他菌株。雖然我們知道一些細菌會這樣做,但這種行為是否具有普遍性還不得而知。
近日,發表在《Current Biology(當代生物學)》上的一項新研究中,來自英國牛津大學動物和生物化學系的研究人員發現,在細菌大戰中,為了打敗競爭對手,交戰的細菌會進行大量自殺性攻擊。
這項研究表明,在細菌戰場的某些區域,幾乎所有的細菌都會殺死自己,從而產生大規模的同時攻擊。
自殺行為在自然界中非常罕見,很難理解它們為什麼會進化。這項研究表明,數以百萬計的細菌會同時進行自殺行為。此外,在所有研究得充分的細菌中,也存在這種情況,如常見的腸道細菌大腸桿菌。這一發現與群居昆蟲、蜜蜂和螞蟻的行為有著驚人的相似之處,這些昆蟲也會對入侵者發動大規模的自殺式攻擊。
研究第一作者、牛津大學動物和生物化學系Elisa Granato博士說:「在這些攻擊中死亡的細菌數量之多令人驚訝。但我們這項研究解釋了它們這樣做的原因:當細胞無論如何都要被競爭對手的毒素殺死時,它們就會放手一搏,進行自殺式攻擊。這是細胞的最後一次攻擊,是在死亡前發動的強大反擊。」
在這項研究中,研究人員在實驗室中使用3D延時螢光顯微鏡觀察了細菌戰場。他們使用一種方法,可以讓細胞在進行自殺行為時改變顏色。這使研究人員可以隨著時間推移跟蹤戰場前線的具體細胞,觀察它們與競爭對手進行攻擊的時間和數量。
研究通訊作者、牛津大學動物和生物化學系Kevin Foster教授說:「像大腸桿菌這樣的細菌既可以是致命的病原體,也可以是生活在我們體內的保護性共生體。因此,這些細菌能否打贏這場戰爭,將決定你是否擁有良好的健康狀況,還是會患上破壞性的疾病。因此,對細菌戰爭的研究可能有助於我們既能擊退病原體,又能促進所謂的『友好』細菌。」
研究人員希望,通過更廣泛地了解細菌戰爭的規律,並以此來設計益生菌,讓它們來促進我們的健康和治療感染。