来自德国不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所的研究人员现在揭示了一种细菌寄生虫是如何在深海热泉和冷渗漏的深海贻贝的细胞核中感染和繁殖的。一个细菌细胞侵入贻贝的细胞核，在那里繁殖超过8万个细胞，同时确保其宿主细胞存活。

大多数动物都与细菌有着亲密的关系。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内。一组细菌已经知道如何在宿主的细胞核上定居，这是一项了不起的壮举，因为细胞核是细胞的控制中心。

迄今为止，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。来自马克斯·普朗克海洋微生物研究所的一组科学家现在首次对动物核内寄生虫进行了深入分析。

如何在不杀死细胞的情况下在细胞内大规模繁殖

这种核内寄生虫，Candidatus Endonucleobacter（核内杆菌），从热液喷口和世界各地的冷渗漏中感染深海贻贝的细胞核。一个细菌细胞渗入贻贝的细胞核，然后繁殖出超过8万个细胞，使细胞核膨胀到原来的50倍。“我们想了解细菌是如何在细胞核内感染和繁殖的，特别是这些细菌是如何获得大量复制所需的营养物质，同时又能防止宿主细胞死亡的，”马克斯·普朗克海洋微生物研究所共生系的Nicole Dubilier和Niko Leisch共同资深作者说。

利用一套分子和成像方法，科学家们揭示了Candidatus核内杆菌生活在宿主的糖、脂质和其他细胞成分上。它不像许多其他核内细菌那样消化宿主的核酸。这种喂养策略确保宿主细胞功能足够长，为Candidatus核内杆菌提供繁殖如此大量所需的营养物质。

为控制细胞而进行的军备竞赛

动物细胞对感染的一种常见反应是细胞凋亡——当细胞被细菌或病毒破坏或感染时，细胞就会启动一种自杀程序。“有趣的是，这些细菌想出了一种复杂的策略来阻止它们的宿主细胞杀死自己，”第一作者Miguel ángel González Porras说。“它们产生抑制细胞凋亡的蛋白质，称为细胞凋亡抑制剂。”随后，一场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IAPs，宿主细胞增加了诱导细胞凋亡的蛋白质的产生。最终，当寄生虫有足够的时间大量繁殖后，宿主细胞破裂，释放出细菌，让它们感染新的宿主细胞。

Nicole Dubilier补充说:“在Candidatus核内杆菌中发现细胞凋亡抑制剂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过。”作者对细胞凋亡抑制因子的进化关系分析表明，寄生虫可能通过水平基因转移从宿主获得这些基因。虽然从细菌到真核生物的水平基因转移是众所周知的，但正如作者现在发现的那样，只有很少的相反方向的水平基因转移的例子是已知的。

从进化到医学的启示

Nicole Dubilier解释说:“我们的发现扩大了我们对宿主-微生物相互作用的理解，并强调了寄生虫在宿主中茁壮成长的复杂策略。”这些发现可能对研究其他生物的寄生虫感染和免疫逃避策略具有更广泛的意义。“我们的研究揭示了一个被忽视的基因交换机制——从真核生物到细菌的水平基因转移——可能影响我们对微生物进化和发病机制的理解。此外，我们的研究提供了与癌症研究和细胞生物学相关的细胞凋亡调控的见解，”Niko Leisch总结道。