劫持细胞的指挥中心：深海贻贝中的核寄生虫

大多数动物与细菌生活在亲密的关系中。其中一些细菌生活在宿主的细胞内，但只有极少数能够生活在细胞器（细胞内的结构，如体内的器官）内。一组细菌已经发现了如何在宿主的细胞核中定植，这是一项了不起的壮举，因为细胞核是细胞的控制中心

到目前为止，人们对这些核内细菌在动物宿主中感染和繁殖的分子和细胞过程一无所知。德国不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所的一组科学家在《自然微生物学》上发表的一项研究中首次对动物核内寄生虫进行了深入分析

如何在细胞内大规模繁殖而不杀死它

这种核内寄生虫Candidatus内切核酸杆菌感染了来自世界各地热液喷口和冷泉的深海贻贝的细胞核。一个细菌细胞穿透贻贝的细胞核，然后繁殖到80000多个细胞，导致细胞核膨胀到原始大小的50倍

“我们想了解细菌如何在细胞核内感染和繁殖，特别是这些细菌如何获得大规模复制所需的营养，同时防止宿主细胞死亡，”马克斯·普朗克海洋微生物研究所共生系的共同资深作者Niko Leisch和Nicole Dubilier说

科学家们使用一套分子和成像方法发现，钙内切核酸杆菌以宿主的糖、脂质和其他细胞成分为食。它不像许多其他核内细菌那样消化宿主核酸。这种喂养策略确保宿主细胞功能足够长，为钙内切核酸杆菌提供大量繁殖所需的营养

控制细胞的军备竞赛

动物细胞对感染的一种常见反应是凋亡，这是一种细胞在受到细菌或病毒损伤或感染时启动的自杀程序

第一作者MiguelÁngel González Porras说：“有趣的是，这些细菌已经想出了一种复杂的策略来防止宿主细胞自杀。”。“它们产生抑制凋亡的蛋白质，称为凋亡抑制剂（IAP）。”

随后，控制细胞死亡的军备竞赛随之而来：随着细菌产生越来越多的IAP，宿主细胞增加了诱导凋亡的蛋白质的产生。最终，在寄生虫有足够的时间大量繁殖后，宿主细胞破裂，释放细菌并使其感染新的宿主细胞

Dubilier补充道：“在钙内切杆菌中发现IAP是我们研究中最令人惊讶的结果之一，因为这些蛋白质只在动物和少数病毒中发现，但从未在细菌中发现。”

作者对IAP进化关系的分析表明，寄生虫可能是通过水平基因转移（HGT）从宿主那里获得这些基因的。虽然从细菌到真核生物的HGT是众所周知的，但正如作者现在发现的那样，只有极少数相反方向的HGT例子是已知的

进化对医学的影响

“我们的发现扩展了我们对宿主-微生物相互作用的理解，并强调了寄生虫在宿主中进化以茁壮成长的复杂策略，”Dubilier解释道。这些发现可能对研究其他生物体的寄生虫感染和免疫逃避策略具有更广泛的意义

“我们的研究揭示了从真核生物到细菌的基因交换-HGT的一个被忽视的机制，这可能会影响我们对微生物进化和发病机制的理解。此外，我们的研究提供了对凋亡调节的见解，这与癌症研究和细胞生物学有关，”Leisch总结道 More information: An intranuclear bacterial parasite of deep-sea mussels expresses apoptosis inhibitors acquired from its host, Nature Microbiology (2024). DOI: 10.1038/s41564-024-01808-5

Journal information: Nature Microbiology