Science揭示：身体如何应对细菌的“群体感应”

电子显微镜下的假单胞菌细菌。图片来源：MPIIB / Volker Brinkmann

来源：中国生物技术网

众所周知，细菌感染并不会马上导致疾病，只有在它们大量出现时才会对身体造成威胁。

近日，发表在《Science》上的一项研究中，来自德国马克斯·普朗克感染生物学研究所（MPIIB）的科学家们发现，人体具有一个特殊受体，它虽然不能识别细菌本身，但可以很好地监视细菌间的通信，持续监测感染动态，当有大量细菌存在以至于分泌出被称为毒力因子的致病物质时，该受体会向宿主发出调整免疫反应的信号。

细菌病原体与其宿主之间的相互作用可以看作是一场“军备竞赛”，其中每个参与者不断地响应来自伙伴的进化策略。就我们环境中的机会性病原体而言，这一感染的关键门槛特别高：只有当以非常大的数量出现和/或形成致病物质时，它们才能让人患病。

许多细菌会产生小分子来监视种群密度（丰度），从而调节其集体行为，这一过程称为群体感应。铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）就是这样一种细菌。我们每个人都会与之经常接触，因为它遍布在水管、洗手盆和其他类似的地方。然而，只有大量的假单胞菌才会导致严重的疾病，它们通过形成致病物质来达到这一目的。这些致病物质使其能在宿主体内立足并造成损害。这种细菌很容易引起肺炎、伤口感染或菌血症和血液中毒，特别是对住院病人。这些疾病非常难治疗，因为它们已经对抗生素有很强的耐药性。

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细菌如何选择合适的时机发动攻击呢？研究发现，它们通过称为“群体感应”的小分子相互交流。只有当假单胞菌达到相对足够的丰度时，它们才会产生引发疾病的物质和粘液分子，这些物质保护它们抵抗抗生素和人体自身免疫系统的攻击。这对于细菌来说是有意义的，因为如果它们不需要粘液和毒力因子，那么产生这些物质仅仅意味着不必要的能量消耗。另一方面，对细菌而言，在发动实际攻击时，能量消耗是值得的，因为只有这样，他们才能成功感染宿主并将其用作繁殖地。

该研究通讯作者、MPIIB免疫学系教授Stefan Kaufmann及其团队发现，我们的身体细胞可以借助芳烃受体（AhR）发现细菌之间的通信。AhR可以检测群体感应分子，直接识别色素沉着的细菌毒力因子，使体细胞能够检测细菌何时准备攻击。

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该研究第一作者、牛津大学路德维希癌症研究所的组长Pedro Moura-Alves解释说：“通过这种监测活动，人体可以在需要抵御这些细菌侵袭的时候激活免疫系统。”

实际上，在细菌达到致病数量之前，该受体就已经在对它们进行监视了，如果检测到群体感应分子处于早期阶段，芳烃受体就会被抑制，从而阻止免疫防御的过早启动。

Kaufmann说：“这对宿主来说是有益的，因为这样做可以节省能量，少量细菌并不会造成任何损害。只有在细菌达到临界数量时，免疫防御所需的能量才会集中起来。 这也有助于防止由免疫系统反应引起的附带损伤。”

因此，我们的身体不仅能够识别细菌是否存在，这些最新结果表明，它还在随时监控细菌的数量，以便对感染的不同阶段做出反应。

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