大多数动物与细菌关系密切。其中一些细菌生活在宿主细胞内，但只有极少数细菌能够生活在细胞器(细胞内的结构，如体内的器官)内。一组细菌已经找到了如何在宿主细胞核中定居的方法，鉴于细胞核是细胞的控制中心，这是一个了不起的壮举。
迄今为止，人们对这些核内细菌感染动物宿主并在其中繁殖的分子和细胞过程一无所知。德国不来梅马克斯普朗克海洋微生物研究所的一组科学家现在在《自然微生物学》上发表的一项研究中首次对动物核内寄生虫进行了深入分析。
如何在不杀细胞的情况下在细胞内大量繁殖
这种核内寄生虫，即Candidatusendonucleobacter，会感染来自世界各地热液喷口和冷泉的深海贻贝的细胞核。单个细菌细胞会侵入贻贝的细胞核，然后繁殖出超过80,000个细胞，导致细胞核膨胀到原来的50倍。
“我们想了解细菌如何在细胞核内感染和繁殖，特别是这些细菌如何获取大量复制所需的营养，同时又能防止宿主细胞亡，”本文共同资深作者、马克斯普朗克海洋微生物研究所共生部门的NikoLeisch与NicoleDubilier说道。
科学家们利用一系列分子和成像方法发现，Ca.endonucleobacter以宿主的糖、脂质和其他细胞成分为食。它不像许多其他核内细菌那样消化宿主的核酸。这种喂养策略确保宿主细胞能够长时间发挥作用，为Ca.endonucleobacter提供大量繁殖所需的营养。
深海Bathymodiolus贻贝遍布世界各地的热液喷口和冷泉。贻贝与有益细菌共生，为它们提供营养。贻贝还感染了一种致病细菌，会感染它们的细胞核。有趣的是，唯一没有被病原体感染的细胞是那些有共生细菌的细胞。图片来源：不来梅大学MARUM
争夺细胞控制权的备竞赛
动物细胞对感染的常见反应是细胞凋亡——当细胞受到细菌或病的损害或感染时启动的一种自杀程序。
“有趣的是，这些细菌想出了一种复杂的策略来阻止宿主细胞自杀，”第一作者MiguelÁngelGonzálezPorras说。“它们会产生抑制细胞凋亡的蛋白质，称为细胞凋亡抑制剂(IAP)。”
一场争夺细胞亡控制权的备竞赛随即展开：随着细菌产生越来越多的IAP，宿主细胞也开始增加诱导细胞凋亡的蛋白质的产生。最终，当寄生虫有足够的时间大量繁殖时，宿主细胞破裂，释放出细菌，让它们感染新的宿主细胞。
Dubilier补充道：“在Ca.endonucleobacter中发现IAP是我们研究中最令人惊讶的结果之一，因为这些蛋白质仅在动物和少数病中存在，但从未在细菌中发现过。”
作者对IAP进化关系的分析表明，寄生虫很可能通过水平基因转移(HGT)从宿主获得这些基因。虽然从细菌到真核生物的HGT是众所周知的，但反向HGT的例子却很少——正如作者现在发现的那样。
进化论对医学的启示
Dubilier解释道：“我们的发现拓展了我们对宿主-微生物相互作用的理解，并凸显了寄生虫在宿主体内繁衍生息的复杂策略。”这些发现可能对研究其他生物的寄生虫感染和免疫逃避策略具有更广泛的意义。
Leisch总结道：“我们的研究揭示了一种被忽视的基因交换机制——从真核生物到细菌的HGT——这可能会影响我们对微生物进化和发病机制的理解。此外，我们的研究还提供了对细胞凋亡调控的见解，这与癌症研究和细胞生物学有关。”
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