海中的僵尸细胞

海洋微生物控制着海洋中生命所必需的物质和能量的流动。其中，SAR11细菌群约占海洋表层海水中发现的所有细菌的三分之一。来自德国不来梅马克斯普朗克海洋微生物研究所的研究人员的一项研究表明，有时近20%的SAR11细胞被病毒感染，大大减少了细胞总数。这些病毒还可以将这些曾经繁荣的细菌转化为僵尸，这是首次观察到的现象，在海洋中广泛存在。

　　

德国黑尔戈兰岛周围的海水为研究春季藻类繁殖提供了理想的环境，这是马克斯普朗克海洋微生物研究所自2009年以来的研究重点。在之前的一项研究中，马克斯普朗克的科学家们观察到一组叫做SAR11的细菌在这些水华期间生长得特别快。然而，尽管它们的生长速度很高，但SAR11的丰度在5天内下降了大约90%。这表明这些细胞很快就被捕食者和/或病毒感染摧毁了。

现在，马克斯·普朗克的研究人员调查了这种现象背后的原因。“我们想知道SAR11的低数量是否是由噬菌体引起的，噬菌体是一种专门感染细菌的病毒，”Jan Brüwer解释说，他在博士论文中进行了这项研究。“回答这个看似简单的问题在方法上非常具有挑战性。”

噬菌体感染是如何工作的?噬菌体通过将遗传物质引入细菌体内来感染细菌。一旦到达那里，它就会复制，并利用细菌核糖体产生它需要的蛋白质。来自不来梅的研究人员使用了一种技术，使他们能够“跟踪”细胞内噬菌体的遗传物质。“我们可以染色特定的噬菌体基因，然后在显微镜下观察它们。由于我们也可以染色SAR11的遗传物质，我们可以同时检测噬菌体感染的SAR11细胞，”Jan Brüwer解释说。

虽然这看起来很简单，但噬菌体基因的低亮度和小尺寸使得研究人员很难检测到它们。尽管如此，成千上万的显微镜图像被成功分析，带来了一些令人兴奋的消息。Jan Brüwer说:“我们看到SAR11细菌受到噬菌体的大规模攻击。在快速生长时期，比如与春季藻类大量繁殖有关的时期，近20%的细胞被感染，这解释了细胞数量少的原因。所以，噬菌体是解释这个谜团的缺失环节。”

僵尸细胞其实是一种全球现象

令科学家们惊讶的是，这些图像揭示了更多。“我们发现一些被噬菌体感染的SAR11细胞不再含有核糖体。这些细胞可能处于生与死之间的过渡状态，因此我们称它们为‘僵尸细胞’。”

僵尸细胞代表了一种新现象，不仅在纯SAR11培养物中观察到，而且在Helgoland收集的样本中也观察到。此外，对大西洋、南大洋和太平洋样本的分析显示，僵尸细胞的存在表明这种现象在全球范围内都存在。“在我们的研究中，僵尸细胞占海洋中所有细胞的10%。僵尸细胞的全球出现拓宽了我们对病毒感染周期的理解。我们怀疑，在僵尸细胞中，核糖体中含有的核酸正在被分解并再循环，以产生新的噬菌体DNA。”

Brüwer和他的同事们假设，不仅SAR11细菌，其他细菌也可以变成僵尸。因此，他们希望进一步研究僵尸细胞的分布及其在病毒感染周期中的作用。Brüwer强调说:“这一新发现证明，尽管SAR11分裂如此之快，但它们在很大程度上受到噬菌体的控制和调节。SAR11对包括碳循环在内的全球生物地球化学循环非常重要，因此它们在海洋中的作用必须重新定义。我们的工作强调了噬菌体在海洋生态系统中的作用以及海洋中微生物相互作用的重要性。”