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    這篇文章讀起來栩栩如生啊!

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嗶!你是我的敵人!

Proteus mirabilis 是人類病原菌,字面上指的是魔法般神奇的變形桿菌,在這裡姑且讓我簡稱為魔變菌吧!這種細菌比大部份的細菌還愛動。一般會游泳的細菌養在加了洋菜膠的培養基表面就擱淺,乖乖長出個圓圓的菌落;但是魔變菌在這種潮濕的固體表面還能往外爬,從接種點向外爬出像花朵般一圈圈不規則的波浪狀圖案。魔變菌還有另外一項本領:它們在碰上過來搶養份的敵人時會分泌 proticin 毒素殺掉對手。

Proteus mirabilis. 照片取材自 ASM Microbe Library.

如果我是一隻細菌,看到一大片魔變菌軍隊個個帶著劇毒高速衝來,我預期自己能活命的機會應該不會太大。那如果兩支魔變菌軍隊對衝的狀況發生,會有什麼結果呢? 實驗告訴我們,如果對衝的雙方是同一家的,那一見面就和樂融融打成一片;如果是不同家的就兵戎相見,在兩軍之間殺出一條屍河做為兩軍的界線,界線上躺滿兩軍裡的陣亡將士屍體及少數殘喘的散兵游勇。仔細想想,如果今天是人類兩軍對峙,我們還有看得到的國徽軍旗可以識別敵我,但是身為單細胞原核生物的細菌,它們該如何識別敵我,特別是當敵軍跟自己還是同種的細菌呢?

這個由美國華盛頓大學 Peter Greenburg 教授帶領的研究團隊,嘗試利用篩選突變株的方法來尋找讓細菌能辨識敵我的基因:他們利用的原理是在這些基因上發生變化的突變菌株將會認不得自己突變前的同伴,而會在培養時和前同伴間殺出一條屍河。在篩選數千個菌株後他們發現這個別敵我的功能是由一串 ids 基因控制,這串 ids 基因包括 idsAidsBidsCidsDidsE,及idsF,其中 idsDideE 製造出來的蛋白質是細菌的兩段身份證,而 idsB/idsCidsF 還似乎是兩套不一樣的身份辨識器。他們這一系列研究的第二份研究報告進一步指出魔變菌族群裡有人平常就大剌剌地掛著身份證及辨識器,有人卻選擇保持低調不告訴你自己是誰

當細菌數量越長越多時,願意表明身份的細菌比例會增加。當細菌越靠近敵軍時,他們也會提高身份辨識系統的表現量,似乎知道自己很快就要用上這套系統了。不過細菌畢竟不像我們可以隔著一段距離,遠望前方來判定來者是敵是友,它們非得挨近彼此,透過細胞間的接觸才能完成辨識。這樣一來,這套系統的運作就比較像是條碼了。當自己附近的細菌變多,或是覺得有敵人在附近時,魔變菌會在細胞膜上放很多身份條碼及條碼掃瞄器備用。一旦碰到另一隻細菌時立刻掃它的條碼,是敵人的話趕快啟動化學武器展開攻擊。如果對手不反擊,魔變菌就踩著敵人屍體前進,在培養基上我們就會看到魔變菌的菌落蓋過另一種細菌的菌落繼續擴張前進。

如果碰上跟自己一樣厲害的另一株魔變菌,先峰部隊在前線會遭受嚴重的死傷,這時大軍就會停在原地,在兩軍之間會留下一道明顯的屍河,我們在培養基上看到的就是兩個菌落間出現明顯的界線了。這樣的一套條碼辨識系統似乎只有魔變菌會用,這套系統的起源可能是它們將原本用來對抗宿主免疫反應的表面抗原基因修改後拿來用在敵我識別上面。那其它的細菌會不會辨識敵我,而我們有没有機會學會它們的語言,進而重建敵友關係改變細菌的行為呢?好問題。敬請期待微生物學家進一步的努力。

這是我在今年美國微生物學會年會裡聽到的一個有趣的故事。

延伸閱讀

Gibbs et al. 2008. Genetic determinants of self identity and social recognition in bacteria. Science 321:256-259.

Gibbs et al. 2011. Identity genes expression of Proteus mirabilis. J. Bacteriol. In press.

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關於作者

慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。