友好病毒保護我們免受細菌的感染

貝斯·斯谷雷基(Beth Skwarecki) 2013年5月20日

http://news.sciencemag.org/sciencenow/2013/05/friendly-viruses-protect-agai.html?ref=hp

細菌可以是我們的朋友和敵人——引起我們感染和患病，而且也可幫助我們減肥和防治痤瘡。現在，一項新的研究揭示病毒也有這種雙重性。研究人員已首次證明，病毒能幫助我們的身體抗擊入侵的微生物。

賓夕法尼亞州立大學公園城校區的病毒生態學家瑪麗蓮·茹欣克（Marilyn Roossick）她沒有參與這項研究，她說：「這是非常重要的研究。」「我們沒有那麼多有益病毒的例子。」

我們抗擊入侵細菌的最重要防線之一，是粘液。口、鼻、眼瞼和消化道的內表面，覆蓋著粘液物質，這隻舉了少數地方的例子，建立了一道針對外部環境的屏障。

位於加利福尼亞州的聖迭戈州立大學微生物學家、這項研究論文的第一作者傑里米·巴爾（Jeremy Barr）說：「粘液，實際上是一種非常棒和複雜的物質。」它的凝膠樣粘稠性，是由糖鏈圍繞著蛋白質骨架的一些大瓶刷狀粘蛋白分子形成的。在這些粘蛋白之間，是一種適於隱藏細菌但又不是把細菌隱藏得太隱蔽的營養和化學物質的液體。微生物如細菌，生活在粘液層的近表面，而粘液底部則接近分泌粘液的細胞處，此處幾乎是無菌的。

粘液也是噬菌體的家，噬菌體這種病毒能感染和殺死細菌。噬菌體可以找到哪裡有細菌居留，而且，巴爾和他的同事們注意到，粘液中比只相距幾毫米的無粘液處，有更多的噬菌體。例如，人牙齦周圍的唾液中，與每個細菌相對的約有5個噬菌體，而牙齦本身粘膜表面上，噬菌體與細菌的比例則更接近40∶1。巴爾說：「這就促使人們提出問題，這些噬菌體在那裡幹什麼？是不是在保護人類這個宿主呢？」

為了找到答案，巴爾和他的同事們，在實驗室中培養人肺組織。肺是表面由粘液保護的器官之一，而研究人員也看到了肺細胞的另一種情況，肺細胞具有排除粘液的能力。當在培養的粘液細胞中加入大腸桿菌孵育過夜時，每一批培養中的細胞大約有一半死亡；粘液對細胞的存活沒有影響。當研究人員把針對大腸桿菌的噬菌體加入培養物中時，分泌粘液細胞的存活率大提高。巴爾說，這種差異表明噬菌體能殺死有害的細菌，但噬菌體是否會幫助或傷害有益細菌，尚不清楚；這可能取決於那些存在的噬菌體所屬的類型。

該團隊在相關的一系列實驗中，發現這種被研究的噬菌體具有一些抗體樣分子，這些抗體樣分子抓住在粘蛋白中的糖鏈上。這樣，使噬菌體保持在粘液中，在此處它們接近細菌，這表明噬菌體和產生粘液的組織，已適應於彼此相容共處，該團隊把他們的研究結果在線報告於今天的《美國國家科學院院刊》。

粘液覆蓋我們內部組織器官的表面，這不是人類唯一才有的。已發現整個動物界中都具有粘液。例如，粘液保護魚、蠕蟲和珊瑚的整個身體。保護性的噬菌體，似乎同樣廣泛地分布：巴爾和他的同事們，他們在每個動物品種所有的樣本中，均發現了密集的噬菌體群體。巴爾說：「這是一個新的免疫系統，我們認為它是適用於所有的粘膜表面，而且，這是噬菌體和動物宿主之間直接共生的第一個例子。」

在這項研究中，研究人員選擇了噬菌體和細菌，但可能這種細胞宿主選擇了特定的噬菌體，來控制特定類型的細菌，例如，這些噬菌體通過識別裝備於粘蛋白的特定糖鏈，來控制特定類型的細菌。巴爾說，下一步是探討真實生命中所有粘膜表面，許多不同類型的噬菌體和細菌之間，是怎樣不斷地相互作用而共生的。

位於澳大利亞南布里斯班的膜醫學研究所的粘膜生物學家邁克爾·梅嘎肯（Michael McGuckin），他沒有參與這項研究，他補充說：「這是一個新型的對整個微生物-宿主關係進行研究的項目。」他說，該研究項目得出的結果，可能為一些疾病例如炎症性腸道疾病（IBD），提供深刻的認識。我們的腸道中，存在著一個包含有數百種細菌的生態系統，但IBD患者的腸道微生物生態系統，遭到了不同優勢菌種的破壞。他說，這些疾病包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎，還涉及腸道內壁粘液的分解，而且，這項新研究表明，基於噬菌體免疫力的衰弱，可能與這些癥狀出現之間有聯繫。

噬菌體可能幫助選擇在我們體內生活的細菌類型，梅嘎肯被這種想法所鼓舞。「圍繞整個系統可能是如何控制腸道中的微生物群體，存在著許多的問題，這越來越多地被證明，對人的肥胖症、糖尿病和所有各種疾病，都具有重要的意義。」

設計培養出一種粘液相容性噬菌體，這也是具有可能性的，這種噬菌體可以防止感染，或改變人體內的微生物平衡，但這種可能性仍然是非常遙遠。巴爾說，這項研究工作「迫使我們重新審視噬菌體的作用。可以指望這將使人們得到關於微生物在做什麼、以及我們能怎樣利用它們幫助我們和防治疾病。」

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