病毒捎带宿主微生物的成功

在珊瑚礁周围蓬勃发展的微观生活中，圣地亚哥州立大学的研究人员发现病毒和微生物之间的相互作用违背了传统智慧。随着生态系统中微生物密度的增加，感染这些微生物的病毒数量随之增加。人们普遍认为，这种不断增长的病毒群体会杀死越来越多的微生物，从而控制微生物种群。这是一个被称为“杀死胜利者”的模型 - 获胜者是开花的微生物细胞，杀手是病毒(主要是杀菌的病毒，称为噬菌体)，它们会感染它们。

然而，最近由SDSU病毒学家领导的珊瑚礁附近的病毒 - 宿主动态研究表明，在某些条件下，病毒可以改变其感染策略。随着潜在的宿主微生物变得越来越多，一些病毒放弃了快速复制，并选择在其宿主内安静地居住，从而减少了病毒的数量。在今天发表在“ 自然 ”杂志上的一项研究中，研究人员将这种替代模型称为“背驮式获胜者”，它可能对面向基于噬菌体的医学和生态系统恢复能力产生影响，面对促进微生物繁殖的环境干扰。

微生物种群爆炸可以采取多种形式 - 海洋和湖泊中的藻类大量繁殖，土壤中的真菌枯萎和人类细菌感染只是其中的几个例子 - 病毒对这种快速微生物生长的反应长期以来一直令生态学家感兴趣。许多病毒可以在快速复制和休眠共存之间切换。几十年来，大多数研究人员都认为，在微生物种群繁盛期间，它们的病毒利用机会通过杀死丰富的微生物获胜者而成倍增加。

“杀死胜利者似乎有道理，”SDSU的病毒生态学家，该研究的主要作者Ben Knowles说。“它背后的逻辑已经存在了一段时间。推理非常诱人。”

Knowles，以及该研究的其他主要作者，SDSU博士后研究员Cynthia Silveira，以及从数学，物理和统计学到生态学和分子生物学等专业领域的合作者国际团队决定对此模型进行测试。他们收集了太平洋和大西洋珊瑚礁附近的富含微生物的海水样本。然后，他们结合使用显微技术和基因组技术，分析了这些样本中微生物和感染它们的病毒的丰度和性质。

在杀死获胜者模型下，研究人员希望在具有高微生物密度和生长速率的样本中发现每种微生物更多的病毒。然而，诺尔斯及其团队发现的恰恰相反：随着微生物丰度的增加，病毒与微生物的比例显着下降。

接下来，诺尔斯和他的团队进行了一项实验，他们将原始珊瑚礁位置和圣地亚哥Mission湾的海水孵化了几天，在此期间他们监测病毒和微生物的丰度。结果与他们的田间采样相匹配，即使微生物种群开花，病毒数量也保持相对较低。

为什么病毒不会通过感染它们并快速繁殖来利用不断增加的宿主群体?他们为什么不杀死胜利者?进一步探索这一现象，研究人员使用宏基因组分析来确定样本中的病毒是否表现出毒性，捕食性状或非掠夺性生活方式的标志。有趣的是，他们发现在微生物数量较高的样本中，病毒群落的毒力较小。

而不是繁殖和杀死他们蓬勃发展的宿主群体，而是更多的病毒将自己整合到他们的宿主中。病毒的复制速度更慢，但它们也避免与其他病毒竞争，并且必须使用宿主自身的免疫防御系统。研究人员表示，这种背负式获胜者模型能更好地解释微生物快速生长过程中的病毒 - 宿主动态，而不是已建立的杀死获胜者模型。

“如果你有一个快速增长的主机，如果你是病毒，你可以从整合中获得更多利益，”诺尔斯说。“这只是智能寄生。”

更好地了解这些动态有望改善人类健康。例如，已经提出特别靶向的噬菌体作为囊性纤维化等病症的可能疗法，囊性纤维化是由频繁的细菌性肺部感染引起的。这一发现还有助于提高海洋生态学家对影响珊瑚礁健康的微生物力量的认识。