细菌的社交媒体

也许当你想到细菌群落时，你会想到一个充满快速分裂的大肠杆菌的烧瓶。但是在非实验室条件下，细菌在由不同微观生物组成的复杂，异质的群落中生长。在这些社区中，细菌需要一种与其亲属交流的手段，并且他们通过称为群体感应(QS)的语言来做到这一点，其中虫子分泌并检测告诉他们是否被亲属包围的因素(如果是的话，有多少)。

如果细菌产生有利于社区的“ 公益 ”代谢物，它们就需要这些信息。这些细菌不仅制造成本高昂，而且需要许多细菌的配合才能产生足够的效果。因此，QS可以告诉细菌是否值得生产公共产品。然而，与人类社会契约一样，并非所有细菌都对合作感兴趣; 有些人是骗子，在没有自己贡献的情况下受益于公共利益。虽然这在一定程度上是可以容忍的，但人口中过多的贪婪者可能导致“ 公地悲剧”“或者公共物品的消耗。因此，作弊者和合作者之间存在微妙的平衡，QS起着重要的作用。

QS的一个方面长期困扰研究人员; 许多种类的细菌似乎都有多种QS途径，每种途径都能识别出具有特定受体的不同因子，但所有这些途径都通过相同的调节蛋白漏斗。因此，这些途径似乎是多余的，提出了为什么在进化过程中它们都将被维持的问题。在PLOS Biology最近发表的一篇论文中，Eran Even-Tov，Shira Omer Bendori，Avigdor Eldar及其同事在两种具有多种QS途径的细菌(枯草芽孢杆菌和哈维氏弧菌)中进行了实验组合。)和数学建模来调查这个问题。有趣的是，他们发现获得额外的QS途径使细菌成为“兼性骗子”。这意味着具有额外途径的菌株在低丰度时，在与缺乏额外途径的菌株竞争时生长时可以作弊。然而，当额外的通路应变高丰度时，它又恢复到合作模式。通过这种方式，额外的QS途径阻止了公地的悲剧。然而，是否合作的选择不仅取决于周围的社区组成。PLOS计算生物学论文证明，铜绿假单胞菌细菌整合了有关种群大小和代谢资源的信息，以决定是否将能量投入昂贵的合作行为。有趣的是，他们发现限制碳源，氮源或铁都会影响公共产品鼠李糖脂的产生，这表明对QS和营养信号的复杂考虑。

传统上认为公共产品的生产对个人来说是有代价的，但对社区有益。然而，PLOS ONE最近的一篇论文表明，在社区利益的基础上，合作和生产的细胞可能会有一些额外的私人利益。通过在枯草芽孢杆菌(一种产生保护性细胞外基质作为公共物质的物种)中构建合成的QS途径，他们发现合作菌株能够更好地响应QS信号，并且基质似乎将QS分子集中在合作细胞，可能诱导有利的代谢反应。通过QS进行合作监管的成本和收益也在微生物学前沿论文中进行了考虑，作者开发了一个模型，以确定最佳公共产品生产率如何取决于人口规模。

如上所述，细菌是多样的，异质的社区的一部分。传统上，QS被认为仅对物种内的相互作用很重要，但PLOS遗传学中的一篇论文表明，一个物种中的QS分子可以影响另一物种的生长。在本文中，作者研究了一个两种系统，并确定了铜绿假单胞菌对大肠杆菌的拮抗作用的机制。他们表明，缺乏关键QS途径的铜绿假单胞菌突变体在抑制大肠杆菌生长方面效率较低，但也发现大肠杆菌可以进化出对这些QS分子的抗性。

考虑到合作的作用不仅仅是我们对一般微生物学的理解。最近的证据表明，与长期存在的独立行动假说相反，存在致病菌之间的合作。该假设指出，个体病原体彼此独立地起作用以增加建立成功感染的机会。在这篇PLOS病原体论文中，作者提供了直接证据，证明苏云金芽孢杆菌分泌的毒素对死亡率具有协同作用。独立行动假设的失效对于开发改进的病原体数学风险评估模型非常重要。