【LorMe周刊】相倚为强：无运动性细菌相互作用激发运动能力
作者：张耀予，南京农业大学硕士在读。主要研究青枯菌多态性与动态组控。
土壤细菌会在各种生物和非生物因素及种间相互作用的影响下导致运动性改变，以往的研究中“搭便车”现象里总有一个具有运动性的“司机”存在，马萨诸塞州大学Mark W. Silby团队对两种不具有运动性的细菌进行研究，为更广泛地了解细菌相互作用对菌群功能的影响提供理论依据。
科学问题：
种间互作是否会影响细菌的运动性？运动情况会发生怎样的改变？其内在机制是什么？
研究思路：
为了回答上述科学问题，作者以不具备运动能力的荧光假单胞菌Pf0-1和土地杆菌V48为模式菌株开展以下实验：分别对模式菌株进行在不同营养条件下分别单独及混合培养，观察其生长圈的变化情况，发现低营养高盐条件下种间互作可以激发细菌的运动能力；随后作者分别（1）将两种菌在不同距离下共培养（2）利用具有伴生菌代谢物的培养基培养另一模式菌，发现代谢物并不能影响菌株运动能力。最终证明接触条件下细菌的种间互作可以激发其运动能力。
有研究表明，两种远缘细菌共培养会产生运动能力。为了探索这种现象的产生原因，作者分别将荧光假单胞菌Pf0-1和土地杆菌V48在2%琼脂的TSB培养基上单独及共培养。实验结果表明，两种细菌单独培养时不具有运动能力，24h后共培养时出现扩散现象（图1）。
为了更详细地了解共培养物的空间分布情况，作者分别采用绿红荧光蛋白对Pf0-1和V48进行标记。通过荧光显微镜验证发现，两种细菌都存在于整个散布的菌落中，但其密度在六个不同区域之间有所不同，其中一些区域混合均匀，而另一些区域的某种菌的分布较广（图2）。
图2 Pf0-1（Pf0-ecfp）和V48（V48-dsRed）混合菌落
为探究营养水平对运动性产生的影响，作者分别在全TSB、10%TSB、10%TSB-NK（含氮、钾）、10%TSB-N（含氮）、10%TSB-K（含钾）培养基上单独及共接种Pf0-1、V48。实验发现在全TSB培养基中未出现社会性传播（图3a），而10％TSB时产生了社会性传播（图3c）。j与含K处理相比，N对共培养物的社会性传播具有重要影响（图3d、d）。
随后，作者对TSB每个营养组分对运动性改变的影响进行评估。结果表明，在不添加盐的情况下，低营养培养基上的社会传播减少，而在富营养情况下没有社会性传播。说明盐可能是社会性传播的重要影响因素。由于仅靠高盐浓度不足以引发社会行为，所以决定这些细菌进行社交活动时，可能存在两种以上重要的营养成分。
图3营养水平对运动性的产生的影响
（a）全TSB；（b）TSB-NK；（c）10％TSB；（d）TSB-N上混合菌落运动性的产生表型。
2.菌间接触促进运动性的产生：
有研究表明，细菌间可以通过挥发性信号物质介导菌落扩散。为验证这一研究结果，作者在半透膜培养供试菌株，两天后剥离半透膜，获得实验供试平板。随后，将菌株Pf0-或V48接种于平板上。实验发现，实验组直径变化与阴性对照无显著差异，表明平板中不存在引起运动的化合物。随后为探究失活细胞或细胞碎片是否会触发菌株的扩散，作者将单培养和共培养物的热灭活悬浮液每24h直接添加到生长菌落顶部，或与测试菌落相邻的孔中。实验结果并未观察到社会性传播。
为探究接触是否是两种细菌之间相互作用的必要条件，作者将细菌并排接种设置为实验组，将被半透膜隔开的处理设置为对照组。实验结果表明，当菌落不互相接触时未观察到社会传播，当菌落生长到足以进行接触的程度（图4、24小时），菌落便开始从接触点开始扩散（72小时），而对照组中单个菌落的生长仍能正常进行，却无法进行社会传播。
图4 Pf0-1和V48的运动情况
总 结
土壤细菌会在各种非生物条件及种间相互作用的影响下导致表型的改变，本文通过共培养实验揭示了无运动性的细菌在相互作用下也能激发运动能力产生达到相依为强的效果，我的前期研究也得到了相似的结果，这些研究提高了我们对诸如土壤微生物组，植物根微生物组和人类肠道微生物组等群落的了解，为能够操纵和合理地改善这些环境提供理论依据。
论文信息
原名：Interecies Social reading: Interaction between Two Sessile Soil Bacteria Leads to Emergence of Surface Motility
译名：种间互作导致种群运动能力改变
期刊：mSphere
IF2019：4.282
发表时间：2019
通讯作者：Mark W. Silby
通讯作者单位：马萨诸塞州大学达特茅斯分校生物学系