研究揭示植物病原体将噬菌体元素重新用于细菌战

噬菌体是一种攻击和摧毁细菌的病毒，在自然界中无处不在，它们在调节微生物种群方面发挥着至关重要的作用，而这些作用尚不清楚

犹他大学和伦敦大学学院（UCL）领导的一项新研究发现，植物细菌病原体能够重新利用自身噬菌体或噬菌体的成分，消灭相互竞争的微生物

美国大学生物科学学院助理教授Talia Karasov表示，这些令人惊讶的发现表明，这种噬菌体衍生的元素有朝一日可能被用作抗生素的替代品。这项题为“噬菌体尾巴状细菌素抑制病原菌集合群中的竞争对手”的研究发表在《科学》杂志上

当她与一个国际科学家团队开始这项研究时，这个结果几乎不是她所期望的

卡拉索夫表示，微生物病原体无处不在，但只有一小部分时间会使人类、其他动物或植物患病。卡拉索夫的主要研究兴趣是植物和微生物病原体之间的相互作用。卡拉索夫实验室正在努力了解导致疾病和流行病的因素，而不是控制病原体

在之前的研究中，实验室观察了一种特殊的细菌病原体，绿脓杆菌，是如何在农业和野生环境中表现出来的。他们发现，在耕地上，一种变体会在农田中广泛传播，并成为目前的主要微生物。但在未开垦的土地上情况并非如此，这促使卡拉索夫找到了原因

卡拉索夫说：“我们发现，没有一个单一的细菌谱系可以占主导地位。我们想知道噬菌体，即我们细菌病原体的病原体，是否可以阻止单一谱系的传播；也许噬菌体杀死了一些菌株，而不是其他菌株。这就是我们研究的起点，但最终不是终点。”

“我们研究了植物细菌病原体的基因组，看看是哪些噬菌体感染了它们。但我们发现有趣的并不是噬菌体。细菌夺走了一个噬菌体，并将其重新用于与其他细菌的战争，现在用它来杀死竞争细菌。”

在细菌病原体种群中发现这场持续的战争后，卡拉索夫实验室和Herná；伦敦大学学院的n Burbano挖掘了现代和历史病原体的基因组，以确定细菌如何进化以相互攻击

Burbano说：“你可以想象细菌之间的军备竞赛，它们试图杀死对方，并试图随着时间的推移进化出对彼此的抵抗力。”。“我们分析的过去200年的植物标本提供了一个了解这场军备竞赛的窗口，让我们深入了解细菌如何避免被竞争对手杀死。”

为其微生物DNA挖掘植物标本

Burbano率先使用植物标本来探索植物及其微生物病原体的进化。他的实验室对宿主植物和一个多世纪前采集时与植物相关的微生物的基因组进行了测序

在噬菌体研究中，Burbano分析了在德国西南部采集的拟南芥的历史标本，将它们及其携带的微生物与今天生长在德国同一地区的植物进行了比较

他说：“我们发现，所有历史上的泰洛菌素都存在于我们现在的数据集中，这表明进化在世纪尺度上保持了泰洛菌蛋白变体的多样性。”。卡拉索夫实验室的研究生Backman说：“这可能表明，在我们研究的细菌群体中，可能存在一组有限的耐药性/敏感性机制。

主要作者Talia Backman想知道泰洛菌素是否有助于解决感染人类的有害细菌中即将出现的抗生素耐药性危机。

“我们作为一个社会迫切需要新的抗生素，泰洛菌肽有潜力成为新的抗菌治疗方法。”。事实上，我们发现这些野生植物病原体都有尾毒素，这些尾毒素正在进化以杀死邻近的细菌，这表明它们在自然界中的重要性。“

与大多数杀虫剂一样，我们的许多抗生素是几十年前开发出来的，用于杀死一系列有害生物，这些生物对人类和植物健康既有害又有益。另一方面，泰洛菌素比大多数现代抗生素具有更大的特异性，只杀死少数细菌菌株，这表明它们可以在不浪费整个生物群落的情况下使用。

”这是目前的基础研究，尚未准备好应用，但我认为这很有可能适用于治疗感染，”卡拉索夫说。人类病原体，使用统一和广谱的治疗。泰洛星杀伤的特异性是一种你可以想象的更精细的治疗方法。“

伦敦大学学院、马克斯·普朗克生物研究所、佐治亚大学复杂碳水化合物研究中心分析服务和培训实验室、纽约大学、美国生物化学系和劳伦斯伯克利国家实验室与美国生物科学学院一起参与了这项研究