【LorMe新生】噬菌体知多少—读LorMe推送有感 / 四六文摘

初识噬菌体——神秘

对我来说，噬菌体并不陌生，反倒是像位戴着面纱的朋友，说认识，不假，但也算不上熟悉。从中学老师的课上就了解到它是可以侵染细菌的病毒，由蛋白质外壳和遗传物质组成。大学听了微生物课程后也对它有了进一步的了解。噬菌体是生物圈中最丰富的实体之一，普遍分布在自然环境中，包括土壤、水、空气以及人和动物的肠道。而南农LorMe将噬菌体的故事娓娓道来，从它的前世今生，到与细菌的宿命对决，再到噬菌体与细菌互作的网络结构等等，将噬菌体朦胧的面纱摘下，拉近了我和它的距离。

图1 噬菌体

再识噬菌体——有趣

“水能载舟，亦能覆舟。”噬菌体与宿主之间的博弈远比我们想象的更加精彩。从1896年，Ernest Hankin发现河水的滤液可以杀死霍乱弧菌开始，到1915年Frederick Twort指出噬菌体可以感染细菌，在细菌体内进行繁殖并杀死细菌细胞。可以说噬菌体的发现就与杀死病原菌息息相关。虽然抗生素的出现，掩盖了噬菌体的光芒，使得在很长一段时间内噬菌体黯淡失色。但随着抗生素的大量使用，细菌开始出现抗药性，甚至由于使用了不同种类的抗生素后，出现了“超级细菌”——什么药也不怕了！这给人类在实际生产生活中带来了巨大的麻烦，另一方面由于科学的进步，在微生物学上的研究工具也获得了极大的进步，这就导致噬菌体的研究重新“复活”。噬菌体重新回到人们的视野当中。然而我们对于微生物群落的物种组成和基因组成对噬菌体捕食的反应还没有研究的十分透彻。噬菌体侵染胁迫会改变一些细菌表型，比如细菌的抗性和生物膜。在噬菌体-宿主的互作中，二者处于一种长期共存的状态。所以如果噬菌体使用不当，可能会产生更加恐怖的结果。

《海洋微生物王国的操纵大师：噬菌体》这篇文章使我印象深刻。这篇文章主要讲述了与噬菌体海洋病毒生态学相关的一些最新进展，介绍了噬菌体的烈性循环与溶原循环、噬菌体是如何影响海洋中的碳循环的，以及噬菌体如何调节宿主细菌的代谢等等。在文章的最后，作者为了便于我们理解“细菌——噬菌体”的结构层次，提出的“皇室模型”生动有趣且形象。使我印象深刻。

文章中提出了两个等级“皇室”和“平民”。皇室类似于占主导地位的细菌和噬菌体种群（即等级-丰度曲线中的最高等级）。而平民其实就是生态系统内存在的所有其他细菌和噬菌体种群。假设在“杀死胜利者”中噬菌体杀死其对应的细菌宿主，导致“君主”细菌大量减少，随后其对应的噬菌体丰度也下降。此时作者提出了两种假设，第一种假设称为“机会均等模型”，也就是说当君主死后，所有宿主（及其各自的噬菌体），包括平民，都有平等的机会介入并占据空白的生态位，成为皇族。另外一种构想是“皇室模式”，当君主死后，由于皇室成员最适于特定的生态位，因此下一个君主很可能是皇室成员中的，而不是在丰富度曲线上上升到统治地位的平民。在该模型中，下一个要成为优势种群的噬菌体可能是先前的皇室成员的变体，它们已经克服了宿主的新抗性。“机会均等”模型与“皇室”模型为噬菌体群落的研究提供了新的思路。那么对于皇室模型，如果是在病原菌混合侵染的时候，我们靶向杀灭了一种高致病力病原菌，其他病原菌是机会均等的获得生存优势来扩大生存规模甚至入侵寄主，还是单纯的有其他的优势病原菌可以进一步成为“王”呢？这些问题还需要我进一步的思考和研究。

图2 “机会均等”模型与“皇室”模型

作者提出的这个模型很新颖，容易理解。类似的还有像“噬菌体鸡尾酒”，噬菌体组合能杀灭根际病原青枯菌，使其数量显著降低；并且组合多样性越高，病原菌产生的抗性能抵抗鸡尾酒中所有噬菌体的概率越低。不同的噬菌体经过特殊的组合搭配，达到了惊人的效果，使得研究可以取得巨大的突破。这里我禁不住想，微生物世界是否有更多的模型和我们的生活其实非常类似，运用一些具体的形象的模型来研究微生物世界，是否可以直观地表达描述很多现象，也许就可以达到意想不到的效果。

俗话都说，“过犹不及”。没想到在微生物世界也是如此。在没看《新资源丰富悖论：资源丰富对细菌-噬菌体共进化的影响》这篇推送前，要是有人问我，在一个存在捕食者和被捕食者的生态系统中，如果大量增加被捕食者的食物供应，会导致什么后果，那我一定认为捕食者和被捕食者的数量都会增加。但事实却刚好相反，1963年Huffaker等人的研究发现如果对食草螨虫的食物供应增大三倍，那么食草螨虫和它们的捕食者（一种食肉螨虫）都会灭绝。增大被捕食者的食物供应会破坏捕食者与被捕食者的相互作用，从而导致一个或者两个营养级的灭绝。这一现象被Rosenzweig（1971年）总结为资源丰富悖论（the paradox of enrichment）。这一悖论在进化学领域上也有应用。Buckling等人将这一概念引入到进化学领域，利用细菌Pseudomonas fluorescens SBW25和它的裂解噬菌体SBW25Φ2在不同浓度的资源条件下互作，结果发现当资源浓度丰富时，噬菌体几乎灭绝，当资源浓度较低时，噬菌体反而不会灭绝。后续研究发现，这是因为在资源丰富的状态下，细菌的抗性水平得到了提高，导致其不易被噬菌体侵染，最终造成噬菌体的后灭绝。所以资源丰富对共进化双方的影响是通过提高被捕食者（细菌）的抗性水平而使捕食者（噬菌体）种群数量下降甚至灭绝。这也就是作者提出的进化学上的资源丰富悖论。这也告诉了我们，常识与事实是两个概念，看似合理的常识往往禁不住实验的推敲。生态系统的稳定是非常重要的，在做实验或者生产过程中，不能想提高某一部分产量就投入过量的资源，这样很可能适得其反，达到相反的效果，破坏生物多样性，最终“颗粒无收”。

当我还在佩服学术大佬跳跃的思维和执着的钻研精神的时候，公众号推送的菜单被拉到了末尾，阅读结束了，而我的研究之旅才刚刚拉开序幕，张开船帆，调整船舵，我已经迫不及待地想要出发，想要探索，想对这个新奇的世界大声地打个招呼。

与LorMe结缘

记得还是大一的时候，我找到一个关系很好的师姐咨询SRT，她推荐我找徐老师做实验。就这样，我敲开徐老师办公室的门，和徐老师结下一段缘分。大四的时候，因为毕业设计，又认识了韦老师。直至今日，我终于也要成为LorMe的一员了。其实在大二做实验的时候，我就非常佩服平日里耐心指导我们的师兄师姐，也愈发喜欢这个充满创造力的实验室。看到师兄师姐实验服胸口上LorMe的logo时，心里总想着，终有一天我也要拥有它。如今看来算是小小的圆梦了吧。我和LorMe的距离就这样一环扣一环，一个脚印踩着一个脚印地慢慢拉近。大学四年如梦似幻，像白驹过隙般飞驰而过。面对即将开始的研究生生活，我充满好奇充满期待，也许前方会有风和雨，也许会有阴和晴，既然选择了远方，便只顾风雨兼程。这是我选择的路，我来了！