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PLOS意外发现:细菌可能会为了摆脱吃白食的而伤害自己

被吃白食的人窃听?你不是一个人,吸取别人的经验并不是人类的问题。事实上,这在动物界并不罕见,甚至有些“骗子”细菌也会表现出这种自私的行为。

约克大学领导的一个研究小组发现了一个更有趣的事实,他们探索了细菌的群体感应特性,这是一种复杂的合作形式,细菌利用这种特性可以根据它们的种群密度调节基因表达。

来自约克大学和凯斯西储大学的研究人员共同撰写了这项研究,通过群体感应抑制作弊者和随机清除,发表在今天的PLOS计算生物学杂志上,他们惊讶地发现细菌菌落可能会为了摆脱吃白食的人而伤害自己

“我们没想到会看到这种行为,你甚至可以称之为‘恶意’,”约克大学拉松德工程学院副教授、该研究的资深作者安德鲁·埃克福德说。“但它表明,群体感应是一种执行公平的非常灵活的工具。”

在这项研究中,研究人员观察了群体感应如何调节共享资源的供应,例如将食物来源分解为有用的营养物质的酶。他们发现,当吃白食的人摄入营养而不产生酶时,作弊者会受到惩罚,尽管整个社区都会受到影响——这就像当不速之客溜进来时取消宴会一样。如果吃白食的现象很猖獗,而且没有其他食物,群体感应会让整个群体挨饿。

研究报告的主要作者亚历克斯·莫菲特(Alex Moffett)解释说:“对细菌来说,为社区做出贡献是昂贵的,所以对于一个自私的人来说,最好是只接受别人提供的东西,而不给予任何回报。”莫菲特当时是约克大学(York U)的博士后。“但显然这对每个人都不好,所以社区需要一种方法来阻止不良行为。”

莫菲特和他的同事们发现,这些微生物不是依靠荣誉系统,而是利用群体感应来抑制那些吃白食的微生物。为了进一步了解群体感应与其他控制公共产品生产的策略相比如何,他们使用了数学模型。

俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学数学、应用数学和统计学教授、合著者彼得J托马斯(Peter J Thomas)说:“我们的模型捕捉了‘骗子’种群(不生产公共产品,但从中受益)占据一个种群的可能性有多大,以及这个种群在灭绝前平均能存活多久。”

由于群体感应在细菌感染(如影响囊性纤维化患者的肺部感染)中起着重要作用,研究小组希望利用这项研究的结果来了解和破坏这类疾病。莫菲特补充说:“这将帮助我们了解细菌是如何如此有效地在肺部定植的,这可能为新的治疗方法指明道路。”


原文标题:

Cheater suppression and stochastic clearance through quorum sensing


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