Nature子刊：细菌也有“饿怒症”

你是否曾经因为太饿而变得愤怒，或者被称为“饿怒症”?微生物学和免疫学系助理教授Adam Rosenthal博士的新研究发现，一些细菌细胞也会饿怒，向我们的身体释放有害毒素，让我们生病。

Rosenthal和他来自哈佛大学、普林斯顿大学和丹尼斯科动物营养学院的同事们使用最近开发的技术发现，细菌群落中基因相同的细胞具有不同的功能，一些成员表现得更温顺，而另一些成员产生的毒素正是让我们感到不适的毒素。

Rosenthal说:“细菌的行为与我们传统上认为的大不相同。即使我们研究一个基因完全相同的细菌群落，它们的行为也不尽相同。我们想找出原因。”

发表在《Nature Microbiology》杂志上的这一发现对于理解细菌群落如何以及为什么将职责移交给某些细胞尤其重要，并可能导致进一步解决抗生素耐药性的新方法。

Rosenthal决定仔细研究为什么一些细胞是“行为良好的公民”，而另一些细胞则是“坏演员”，负责向环境中释放毒素。他选择了产气荚膜梭菌——一种杆状细菌，可以在人类和其他脊椎动物、昆虫和土壤的肠道中找到——作为他的微生物研究。

在一种叫做微流体液滴发生器的设备的帮助下，他们能够将单个细菌细胞分离或分割成液滴，从而解码每个细胞。他们发现，不产生毒素的产气荚膜梭细胞得到了充足的营养。另一方面，产毒的产气荚膜梭菌细胞似乎缺乏这些关键的营养物质。

Rosenthal说:“如果我们给予更多这些营养物质，也许我们可以让产生毒素的细胞表现得更好一些。”

然后，研究人员将不良细胞暴露在一种叫做醋酸盐的物质中。他们的假设听起来是正确的。不仅整个社区的毒素水平下降了，而且不良行为者的数量也减少了。但在如此惊人的结果之后，更多的问题出现了。现在他们知道营养物质在毒性中起着重要作用，Rosenthal想知道是否在环境中发现了特定的因素，可能会在其他类型的感染中“启动”毒素的产生，或者这个新发现是否只适用于产气荚膜梭菌。也许最重要的是，Rosenthal认为，将营养物质引入细菌可以为动物和人类提供一种新的替代治疗方法。例如，模式生物产气荚膜梭菌在鸡舍中是一个强大的敌人。随着食品工业逐渐不再使用抗生素，家禽在这种迅速蔓延的致命疾病面前变得毫无防备。Rosenthal等人最近的发现可能为农民提供了一种新的工具，可以在不使用抗生素的情况下减少致病菌。

至于我们人类，还有更多的工作要做。Rosenthal正在与北卡罗来纳大学的同事合作，将他最近的发现应用于解决抗生素耐药性问题。抗生素耐受性发生在某些细菌能够避开药物靶标时，即使细菌群落还没有进化出突变，使所有细胞都对抗生素产生耐药性。这种耐受性可能导致治疗效果较差，但控制耐受性的机制尚不清楚。

与此同时，Rosenthal将继续研究这些日益复杂的细菌群落，以更好地理解它们为什么会这样做。

原文：Ryan McNulty, Duluxan Sritharan, Seong Ho Pahng, Jeffrey P. Meisch, Shichen Liu, Melanie A. Brennan, Gerda Saxer, Sahand Hormoz, Adam Z. Rosenthal. Probe-based bacterial single-cell RNA sequencing predicts toxin regulation. Nature Microbiology, 2023