共生细菌与海洋上层的单细胞原生生物共存

正如人体是细菌和其他微生物的栖息地一样，被称为原生生物的各种微小生物也拥有自己的微生物群

在本周发表在《细胞宿主与微生物》杂志上的一项新研究中，由海洋生物实验室（MBL）科学家领导的一个团队揭示，共生细菌通常伴随着海洋上层的单细胞原生生物。他们发现，其中一些共生体是包括人类在内的动物致病细菌的近亲

“我们知道世界上有许多共生体，但令人惊讶的是，海洋中最小、最常见的捕食性原生生物也有共生体与它们生活在一起，”资深作者、MBL的高级科学家Alexandra Worden说。

她的团队研究的原生生物是海洋中最小的，尺寸为2到5微米，大约相当于灰尘颗粒或小霉菌孢子的大小

这些共生谱系的发现揭示了它们的细菌亲属的进化——无论是共生体还是病原体——这一见解可以帮助研究人员了解疾病媒介及其在人体内引起的感染

海洋原生生物难以捉摸，而重要的原生生物是一个多样化、包罗万象的群体。大多数是单细胞的，但其特征使它们无法与动物、植物、真菌、细菌和古细菌等其他类型的生命归为一类

在海洋中，一些原生生物的功能类似于植物，利用光来制造自己的食物。其他一些，如甲藻，是动物最接近的单细胞亲属，包裹并消化更小的细胞。海洋生态系统依赖于这些捕食者和浏览器来消耗植物样浮游植物和其他细菌，进而成为鱼类所吃的微小海洋动物的食物

科学家们很难研究它们对海洋食物网的贡献，部分原因是他们无法诱导这些生物在实验室中生长。为了解决这个问题，沃登开发了一种方法，使用研究船上的设备来检查海洋中新鲜的单个原生生物细胞，而不是像往常一样在医院和研究中心的稳定、气候控制的房间里

她说：“多年来，实验室的学生、技术人员和博士后付出了令人难以置信的团队努力，才取得了这些发现。在探险和天气的限制下，他们坚持不懈地工作。”

在从北太平洋和其他地方取回水样后，她的团队的研究人员对原生生物的食物液泡进行了染色，相当于它们的胃。这种染色使得选择研究人员感兴趣的原生生物成为可能：那些吃其他东西的人。在分离出单个原生生物后，研究人员使用基因测序鉴定出它们内部或附着在它们身上的细菌。（他们的分析只着眼于整个细菌，而不是原生生物最近吃掉的细菌。）

然后，他们与BIOS-SCOPE项目的合作者合作，利用他们所学到的知识来分析北大西洋多年来每月收集的数据，以了解季节动态

Worden说，研究这些共生体对于充分理解原生生物的生物学至关重要，就像人类微生物组对我们的健康至关重要一样。她说：“它们可能是原生生物在海洋中生活和生长的基础。”

一种掠食性原生生物，在海上使用激光从细胞散射的模式和荧光染色进行选择和分类（与所有其他自由生活的生物和粒子分开）。图片来源：Camille Poirier和David Needham，沃登实验室。沃登实验室BIOS-SCOPE学生Rachele Spezzano和Fabian Wittmers（第一作者）在北大西洋采样。图片来源：Krista Longnecker

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有害还是有益？原生生物和人类的共生作用

与拥有数万亿共生细胞的人类微生物组不同，体积小得多的原生生物可能携带少量共生细胞

在2022年发表在《自然微生物学》上的一项研究中，Worden的团队使用机载细胞分选技术在一种鞭毛虫中鉴定出一种被称为Comchoano的细菌共生体。它和其他四组细菌出现在本研究分析的许多原生生物细胞中。在四个新的共生体谱系中，有三个与在昆虫中作为共生体生活的人类病原体（如蜱虫）有着密切的进化联系

其中一个谱系与Coxiella密切相关，Coxiella是一个包含导致流感样Q热的细菌的群体。与此同时，其他人属于包括立克次体在内的一个群体，立克次体的成员可以引起落基山斑疹热、斑疹伤寒和其他感染

尽管它们与哺乳动物的疾病有关，但尚不清楚这些微生物是帮助还是伤害它们的原生宿主。沃登说，环境在这些关系中起着至关重要的作用，并指出立克次体等细菌会帮助它们的昆虫宿主，只有在它们进入人类或其他哺乳动物体内时才会引起疾病

“从我们的共生体到人类的疾病，有一条弧线，”第一作者Fabian Wittmers说，他在Worden实验室的BIOS-SCOPE研究生期间进行了这项研究