一种病毒杀死细菌后,在残骸中,其他微生物或许能找到生命最必需的营养素之一:维生素B12。
弗吉尼亚理工大学的新研究表明,噬菌体(感染细菌的病毒)能够释放被困在细菌细胞内的维生素B12。这种突如其来的营养富集,随后可以供养那些自身无法合成B12的邻近微生物,并在此过程中重塑更广泛的微生物群落。
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维生素B12,又称钴胺素,是DNA合成、红细胞生成和正常神经功能等关键生物过程所必需的。然而它的来源却异常“排他”。人类、动物和植物都无法制造它,只有某些细菌和古菌拥有生产它所必需的机制。
合成B12的代谢成本也很高,只有少数微生物能做到。其他许多微生物则进化出从环境中获取B12或其密切相关的化合物(称为钴胺酰胺)的方式。这种依赖性广泛存在于海洋、土壤和哺乳动物肠道等微生物生态系统中。
这就产生了一个生物学谜题:既然B12合成成本高昂,且对生产它的细胞而言价值巨大,为何最终会有足量的维生素出现在细胞外,从而维持邻居的生存?
这项发表在《ISME期刊》上的研究,指向了一个出乎意料的暴力答案。
噬菌体通常会感染细菌。它们在细菌存在的任何地方都广泛分布,并能强烈影响微生物群落,包括人类肠道中的微生物群落。
在裂解性感染过程中,噬菌体附着到细菌细胞上,注入其遗传物质。随后,病毒劫持细菌的分子机器来制造自身的新副本。最终,宿主细胞破裂。
新产生的噬菌体逃逸出来,但它们并非唯一被释放的东西。原本被锁在细菌内部的DNA、蛋白质、糖类和其他分子,也一并泄漏到周围环境中。研究人员指出,这些释放物中包含多种原本封存于细菌内部的物质,相当于一次性的“营养倾泻”。
这一发现揭示了一个此前被忽视的B12释放途径。噬菌体裂解作用可能在微生物群落中扮演着“营养泵”的角色,将细胞内宝贵的B12输送给那些无法自行合成的微生物,从而影响整个群落的构成与功能。
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