探索细菌社交互动以操纵细菌病原体

将于6月28日在Current Biology上发表的一项新研究提出了通过操纵人类病原体铜绿假单胞菌(一种引起慢性肺部感染的细菌)中的社会相互作用来诱导细菌群体崩溃的新策略。

由来自葡萄牙IGC研究所的Karina Xavier领导的一个研究小组发现了一种新的方法来促进细菌群落中所谓的“作弊行为”，这种行为会导致细菌群体的崩溃，只需操纵化学品即可。环境的组成。

与人类社会相似，细菌生活在社区中并相互影响，以便更好地适应环境。他们经常生产出作为公共产品的化合物，因为它们分泌到周围环境中并被整个人群消耗，从而使整个细菌群落受益。然而，一些细菌带有突变，阻止它们生产这些公共产品。这些细菌突变体充当骗子，受益于公共产品而不为其生产做出贡献。

“就像人类社会一样，细菌种群拥有作弊者 - 公民无法工作，但依赖纳税人提供的社会福利，并从税收所涵盖的所有利益中获利，而无需支付费用。如果许多公民作弊，整个经济体系细菌也是如此。细菌作弊者从其他细菌产生的商品中获利而没有贡献。因为作弊使他们能够节约能源，他们可以生长得越来越快。最终，这些作弊者的数量可能会超过产生化合物的细菌。人口灭绝，因为公共物品将不再适合每个人，“ÖzhanÖzkaya解释说，这项研究的第一作者和博士学位。这项研究正在进行时，Karina Xavier实验室的学生。

众所周知，细菌群可能在作弊者的存在下崩溃。但是在受感染的生物体中，细菌群体可能包括缺乏特定化合物产生的突变体。那么如果其他骗子玩同一个游戏会发生什么呢?

为了研究这些社会交往，IGC研究小组使用铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)，这是一种感染肺部的机会致病菌，常见于囊性纤维化患者。由这些细菌引起的慢性感染通常含有细菌突变体。Xavier的团队使用试管和培养皿培养正常的铜绿假单胞菌和两种不能生产两种不同公共产品的突变体。他们观察到这两种突变体和正常细菌之间的相互作用可以防止种群崩溃。“我们的研究结果表明，当骗子互相欺骗时，可以防止一个骗子造成的人口崩溃，人口可以保持稳定一段时间。从这个角度来看，这可能是非常好的。细菌，

为了能够预测如何用不同的骗子改变细菌种群的命运，研究人员创建了一个简单的数学模型。他们的研究结果表明，为了改变不同作弊者和合作者之间的稳定互动，有必要改变生产公共物品的成本。同样，Özhan和Xavier实验室的其他团队成员转向他们的试管和培养皿，表明通过改变给予细菌的营养成分，他们可以改变这些合作行动的成本，并导致稳定的人口灭绝。

“近年来，我们在了解细菌如何相互作用方面取得了巨大进步。这种新方法使我们能够对细菌群落如何获得或遭受合作或欺骗的发展进行预测和见解。在我看来，新药阻断细菌的社会行为，可能与传统的抗生素结合，将更有效地清除感染，并将成为抗生素耐药性问题的解决方案，“Karina Xavier说。

用经济学来理解微生物学

经济学理论有助于理解除人类以外的生物群落的行为。研究人员一直在使用经济学的概念来研究细菌社交互动。其中两个是“公地悲剧”和“公共利益困境”。根据经济学中的理论，这些概念预测人类社会可能会遭受个人选择，忽视社区在追求个人利益方面的福祉，即从公共利益中获益。这是在细菌群落中观察到的，其包括缺乏用于生产整个群落使用的化合物的细菌突变体。IGC团队的这项新研究证明了这种理解如何用于建立操纵细菌病原体的策略。

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