编者按：

噬菌体是细菌的杀手之一，然而肠道中还存在着另一种鲜为人知的微生物——捕食性细菌，它们也是其他细菌的猎手。

捕食性细菌与噬菌体之间的差异是什么？它们如何捕食细菌？是否有潜力成为靶向调节微生物组的新手段？

今天，我们特别编译发表在 The New York Times 杂志上关于捕食性细菌的文章。希望该文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。

特殊的捕猎者

Henry N. Williams 最喜欢的动作电影片段，在一块只有几毫米宽玻片上上演。

这是两个细菌细胞之间对决：一个是大型的杆状海洋微生物溶珊瑚弧菌（Vibrio coralliilyticus），另一个是相对娇小、附着在这个相对较大细菌上的嗜盐噬菌弧菌（Halobacteriovorax）。

溶珊瑚弧菌绝望地想要抛弃它的攻击者，它在一池液体中扭动和回旋，在徒劳中曲折前进，最后像 Williams 博士所描述的那样“尖叫着戛然而止”。

然后，嗜盐噬菌弧菌就开始了它肮脏的工作：先是刺穿弧菌表层，开始向里钻洞，吞食宿主的内脏，完成自我多次克隆，然后爆发，寻找下一个猎物。

Williams 博士是佛罗里达农工大学的一名微生物学家，他很乐于向学生展示这些捕食性细菌的视频，这是一个包括嗜盐噬菌弧菌和其他一群微生物杀手的群体。这些细菌总是给人留下深刻印象。

Williams 博士说：“在观看视频期间，学生们产生了很多‘哇’，‘哦，我的天哪’。平常，一般只有狮子、鲨鱼、老虎这样的捕食性动物才会引起我们的关注。但需要注意，还有更小的捕食者，同样凶猛。”

捕食性细菌体积虽小，爆发力量却不容忽视。它们在合适的环境下就可以繁衍，并且可以帮助人们战胜环境中的有害微生物，或清除食品中的病原体。一些专家认为，在未来某一天，这些细菌有望成为一种活的治疗方法，可以帮助清除其他治疗都失败了的病患者体内的耐药细菌。

但是，即使是研究捕食性细菌的科研人员，也还没有完全研究出这些细胞是如何选择和击败宿主的。如果能梳理出这些问题的答案，就可以找出解决顽固感染的方法，并提供一个从最微观的角度了解捕食者-猎物动力学的窗口。

比利时德杜夫研究所专注研究捕食性细菌的微生物学家 Terrens Saaki 表示：“如果未来想要将这群微生物用作‘一种活的抗生素’，我们就需要了解它是如何生长的。只有搞清楚这些机制，我们才能使用它。”

微小的恶魔

捕食者细菌的发现纯属偶然。半个多世纪前，科学家们在搜寻另一种可感染和杀死细菌的病毒时，偶然发现了它们。Williams 博士说：“在此之前，没有人知道细菌还会以这种方式捕食其他细菌。”

然而，之前，人们居然都没有发现过这种捕食性细菌，这多少有一些令人惊讶，因为海洋和泥土中繁衍生息的物种成千上万。一般认为，这些捕食性细菌适应性很强。这些细菌分布广泛，似乎无处不在，它们不仅可以耐受动物内脏，包括人类的肠道环境，还能存在于未经处理的污水、螃蟹的鳃。

美国普罗维登斯学院专注研究捕食性细菌的 Laura Williams 表示：“我的学生已经从土壤、溪水中的蜗牛、实验室楼下储藏室的下水道成功分离出了这些细菌。哪里有细菌，哪里就有可能有试图吃掉它们的捕食性细菌。”

科学家们每年都会新鉴定出多种捕食性细菌，这与世界上噬菌体的多样性惊人地相似。

但噬菌体和捕食性细菌是截然不同的野兽。

噬菌体靶向宿主范围很窄，而许多捕食性细菌并不拘泥于特定的靶向宿主。某些捕食性细菌可以吞掉几十种乃至几百种细菌，因此，它们能够在大多数栖息地繁衍生息。

此外，噬菌体的速度很快，在数小时内就可以将整个种群消灭殆尽，但捕食性细菌作用相对缓慢，有时需要数周才能在实验室中生长出来。

当其他微生物满足于享用营养丰富的肉汤时，捕食性细菌需要稳定的活猎物维持生存。

德国基尔大学专注研究捕食性细菌的微生物学家 Julia Johnke 说：“这是一个很痛苦的过程。”

尽管如此，但是捕食性细菌的生活方式是如此富有成效，它们似乎进化了不止一次。有些细菌，如寄生菌 Micavibrio，可以像吸血鬼一样抓住受害者，并从猎物身上吸取生命。其他细菌，如粘液球菌（Myxococcus），则是远程操作的阻击手，通过释放大量的酶，远程溶解猎物；粘液球菌“可以使用所谓的狼群”策略，成群结队地捕食。

其中最臭名昭著的也许是蛭弧菌群（Bdellovibrio），它们与嗜盐噬菌弧菌有着共同的作案手法：穿透宿主细胞膜，并从里到外吃掉它们。

大多数捕食性细菌专家称这些穿孔的食肉动物称为 BALO，即蛭弧菌群及类似微生物群的简称（Bdellovibrio and like organisms）。

罗格斯大学的微生物学家 Daniel Kadouri 教授，自 2003 年以来一直致力于捕食性细菌的研究。Daniel Kadouri 表示：“总的来说，捕食性性细菌是‘非常有效的杀戮机器’，我第一次看到到它们的时候，我就想，这是我见过的最性感的生物体。"

活菌疗法

一旦捕食性细菌瞄准了猎物，几乎没什么能阻止它。而抗生素和细菌性噬菌体往往瞄准细菌解剖结构中非常特殊的部位，捕食性细菌则是贪吃的钝剂：微生物对捕食性细菌的抵抗力的进化难度，远高于兔子对狼的抵抗力进化难度。

即使在锁定猎物之外，BALOS 依然是令人生畏的敌人，他们能够通过化学感应“嗅探”猎物，然后进行追逐，通过旋转一条螺旋状的尾巴来推动自己前进。

Kadouri 博士说：“它们能在一秒钟内游出 100 倍于身长那么远，其速度比猎豹的速度还快。”

在动物研究中发现，捕食性细菌已经显示出有望瞄准致病性细菌，如沙门氏菌和鼠疫耶尔森氏菌。

Kadouri 博士和约翰霍普金斯健康安全中心的微生物遗传学家 Nancy Connell，通过向大鼠和小鼠的肺部注射不同剂量的 Bdellovibrios，观察它们吞噬猎物的情况。对鸡和斑马鱼的试验也取得了可喜的结果。

值得注意的是，捕食性细菌对非微生物细胞没有兴趣，而且似乎不会刺激免疫系统——即使直接用在兔子眼球表面。这表明这些微生物在人体内使用可能是安全的，Kadouri 博士说：“我们已经向动物体内注入了多种捕食性细菌，但从来没有观察到阳性免疫反应。”

但这些捕食性细菌，只有在有猎物的情况下才会繁衍生息，因此它们通常都会通过自身努力，战胜整个微生物种群。Connell 表示：“这些捕食性细菌本身是一种微生物，它们最终也会被免疫细胞从体内清除出去，因为它们对免疫细胞‘完全没有防御能力’。"

因此，捕食性细菌并不是治疗全身性感染的最佳候选者。然而，如果使用方法得当，可诱使捕食性细菌与免疫反应协同工作，消灭目标物质。

另外，还可以将捕食性细菌与其他治疗方法如抗生素甚至是少量的噬菌体联合使用。Kadouri 博士表示：“我们要从整体的角度进行思考，捕食性细菌只是整个武装设备中的一种武器而已。”

Saaki 博士表示，随着进一步的研究，有朝一日，捕食性细菌可能会改变“我们提供基本医疗服务的方式”。他希望能把更常见的药品带回祖国苏里南。

图.捕食性细菌的捕食过程

恢复顺序

捕食性细菌不仅仅是毁灭性武器。在德国，Johnke 博士正在进行一系列研究项目，旨在突出微生物在肠道中错综复杂细菌菌群群落中维持平衡的重要作用。

一些证据表明，“捕食性细菌是健康人群肠道微生物群的一个正常组成部分，人们对它们的作用知之甚少。但是，它们对于维持正常肠道秩序，确保没有单一菌群失去控制具有重要作用。”

Johnke 博士的研究表明，患有胃肠道疾病的人群如克罗恩病，这种微妙的平衡可能已经被打破了。将捕食性细菌重新引入肠道，可能有助于恢复肠道微生态系统环境。

Johnke 博士说：“在我的理想世界中，我们可以把 BALO 当作某种益生菌服用。”

类似的动力学理论可能也适用于自然环境，佛罗里达大学 Williams 教授已经把大部分注意力转向了大自然。他说，即使是极少量的捕食性细菌，也有可能完全改变海水样本中微生物菌群组成。“它们分布广泛，且控制着一些细菌的数量”。

许多微生物学教科书都提到了捕食性生物如噬菌体和原生生物（一组多由单细胞构成的微生物，类似于动物的细胞）的重要性。尽管捕食性细菌在驯服猎物方面似乎同样有效，但在很大程度上它们却被排除在外。

上文提到的原因，也许使这些捕食性细菌成为世界上最不显眼的弱者。Williams 博士说：“很难让人们认真对待它们。”

图.捕食性细菌的捕食过程

微生物之谜

即使没有一种普适性的捕食性细菌治疗方法，但是专家一致认为，捕食性细菌是基础生物学的瑰宝。

比利时专家 Saaki 博士及其顾问 GéraldineLaloux Laloux，正尝试探索 Bdellovibrio 在其他细菌内部生长和分裂的方式及机制。

Laloux 博士说：“这种情况并不常见”。

一般细菌是通过先伸长，然后以一分为二的裂解方式进行复制。相比之下，Bdellovibrios 会把自己卷成长长的、像意大利面条一样的线，然后自我分割成多个子细胞，就像连接香肠的线条。

Laloux 博士表示：“在某些情况下，可以分裂为 16 个子细胞。在亲本 Bdellovibrios 接触后约 4 小时，这些子细胞会集体离开母细胞。”

Laloux 博士补充道：“这与我们所知道的细菌繁殖方式完全不同。这种超级繁殖策略，可能是 Bdellovibrios 获利的一种方式。一旦进入道宿主中，不再受到环境和恶劣条件的影响时，于是就想从中得到最大的盈利。”

在大西洋彼岸，普罗维登斯学院的 Williams 博士正致力于研究“硬币的另一面”——猎物。每种捕食性细菌都有各自的攻击目标，但尚不清楚这在多大程度上归因于捕食者的“挑剔”或猎物的“韧性”。Williams 博士的学生已经收集到了一些证据，证明某些大肠杆菌菌株可能比其他菌株更难吞噬，原因尚不清楚。

其中一些谜团就留给后来的捕食性细菌爱好者去解开吧。

佛罗里达以南一千英里，另一位 Williams 博士经常回想 50 年前，他在研究生院的一次研讨会上，第一次听说微生物时的情景。他现在依然给新生做同样振奋人心的演讲，他说：“我依旧发现，他们和我第一次听到时一样激动。”

原文链接：https://www.nytimes.com/2020/08/25/science/bacteria-bdellovibrio-predator-prey.html?auth=-google1tap

作者｜Katherine J. Wu

编译｜ninety

审校｜617