科學家發現病毒能竊聽細菌溝通,有望以此改善噬菌體療法殺死細菌

VP882的病毒能「竊聽」霍亂弧菌的分子語言,並作出病毒反應。

科學家發現一種名為 VP882 的病毒能感應霍亂弧菌的分子信號,從而決定繼續潛伏抑或複製自己並殺死細菌,科學家確認這種病毒基因改造後,能對腸道沙門氏菌和大腸桿菌有同樣反應。

細菌的分子語言和溝通

細菌能利用一種名為自體誘導物(autoinducer)的信號分子來感應周圍同伴的存在,從而協調細菌間的活動,達到細菌間的「溝通」,這種溝通模式稱為群聚感應(quorum sensing)。其中一個經常被研究的例子是霍亂弧菌(Vibrio cholerae)。

美國普林斯頓大學(Princeton University)分子生物學講座教授邦妮·巴斯勒(Bonnie L. Bassler)與研究生賈斯汀·希爾泊(Justin Silpe),最近發現一種名為 VP882 的病毒能感應霍亂弧菌間的群聚溝通,並作出反應。

巴斯勒教授對這次發現感到不可思議,她表示「病毒與細菌並不在同一個生物界——事實上,病毒根本不屬於任何一個生物界,因為它們並不能完全算作生物。」但病毒卻能理解細菌的「語言」,比起人類能與狗隻溝通更無法想像。

病毒「偷聽」細菌溝通以作決定

病毒是一種極簡單的生物體,它整個生活週期只有兩個狀態:留在寄主內,抑或殺死寄主。前者稱為「溶原」(lysogeny):病毒變得不活躍;後者稱為「裂解」(lysis):病毒控制寄主,並大量自我複製,大多情況最後寄主會崩潰破裂並釋出病毒。

病毒需要作出對自己有利的決定:如果周圍沒有太多寄主,裂解將會導致過多病毒被釋放,卻因無法找到寄主而死亡。科學家發現,VP882 病毒能感應霍亂弧菌釋放的 DPO 自體誘導物,如果周圍有大量細菌便開始裂解過程。

發現病毒能「竊聽」細菌間的溝通之後,科學家成功以基改實驗影響病毒的決定:第一,以人工手法引導 VP882 病毒開始裂解過程;第二,讓病毒也能對霍亂弧菌以外的其他細菌作出同樣的反應,其中包括腸道沙門氏菌(Salmonella enterica)和大腸桿菌(Escherichia coli)。

醫學上的應用

噬菌體療法(phage therapy)利用這些能摧毀細菌的病毒來治療細菌引起的疾病。麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)生物學家馬克·米梅(Mark Mimee)認為,這項研究能解決噬菌體治療的一大難題:大部分噬菌體病毒只能攻擊一種細菌。但大多時候醫生不會有足夠時間找出適合的噬菌體,所以大多數噬菌體療法會混合不同噬菌體使用。然而這種噬菌體雞尾酒的製作,以及藥物監管的手續極其昂貴。

因此,能以基改技術讓 VP882 病毒殺死不同的細菌,將使得噬菌體療法更可行。匹茲堡大學(University of Pittsburgh)生物系哈特富爾教授(Graham Hatfull)表示:「細菌抗藥性是全球衛生一大危機,需要新技術和方法來解決這個問題。」而這種基改病毒有望成為對付抗藥性細菌的曙光。

 

資料來源:

  1. Motta, E. V. S., Raymann, K. & Moran, N. A. (2018). A Host-Produced Quorum-Sensing Autoinducer Controls a Phage Lysis-Lysogeny Decision. Cell, 176(1), P260-280.
  2. Chen, A. (2018, Dec 14). “Spy” Virus Eavesdrops on Bacteria, Then Obliterates Them. Scientific American.
  3. Fuller-Wright, L. (2018, Dec 13). Biologists turn eavesdropping viruses into bacterial assassins. Princeton University.
洪天恒
洪天恒 6 文章
《明日科學》客席生物編輯,牛津大學—​拉德克里夫研究學人 (Oxford-Radcliffe Graduate Scholar),倫敦動物學會院士 (Fellow of the Zoological Society of London)。研究森林。熱心科學傳播,相信科學家有許多方式回饋社會,將艱深難懂的科研論文寫成面向大眾的科普故事是其一。

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