細菌總是在戰爭狀態中生存，與不同種類搏鬥戰勝它們的競爭者，當作為病原體時則與它們的感染宿主進行搏鬥。新研究表明人類病原體霍亂弧菌利用一種加載彈簧的毒匕首殺死了它的微生物對手。借助於這種6型分泌係統（T6SS），霍亂弧菌可以戰勝它的競爭者，每年使數以百萬計的人患病。
該研究起始於一個猜測，噬菌體病毒可通過某種係統將它們的遺傳物質注入到細菌中進行複製，研究人員認為霍亂T6SS有可能采取了類似的策略。但是這一猜測僅基於一些生物化學數據，看起來噬菌體和T6SS元件有著相似的蛋白質結構。唯一能證實這一猜測的方法就是對發揮作用的T6SS係統進行觀察。於是哈佛大學醫學院微生物學和免疫學係主任John Mekalanos和加州理工學院的生物學副教授Grant Jensen合作對T6SS係統的運行進行了實時成像。
Mekalanos 說：“這些圖像相當的精致。它們揭示了一台美麗的微型機器實際是如何運作的，也為我們提供了關於霍亂弧菌如何殺死其他細菌和人類宿主細胞的新見解。”
Mekalanos和他的博士後工作人員Marek Basler首先利用了熒光顯微鏡技術：他們將T6SS蛋白，VipA與一種熒光標記結合。由於這種熒光標記在霍亂弧菌細胞中會彌散，在綠色光下T6SS機器就會發光。研究人員看到形成了一個長管狀的結構，然後在不到5毫秒的時間內崩塌至僅一半大小。隨後在數秒鍾內在同一細胞的另一個位置同樣的結構又再度重建為擴展形狀。這一過程不斷地重演，表明細胞未因此受到損害。
“就像武俠電影裏刺客手中的彎刀，細菌殺手負載著大量的匕首，”Mekalano說。
在加州理工學院，Jensen和博士後研究人員Martin Pilhofer利用電子低溫顯微鏡對細胞進行逐層成像繼續展開研究。將來自這些片層的數據組合起來就生成了細胞的三維圖像，圖像顯示在它的擴展構象中，T6SS刀鞘“裝”著它的內部結構——有毒匕首，而崩塌的刀鞘則是空的。Mekalanos和 Jensen認為，刀鞘借助了收縮來抽出匕首，並刺破霍亂弧菌的外膜將匕首插入了鄰近的獵物或宿主細胞。
這兩種方法彼此互補，熒光顯微鏡提供了活細菌中功能設備的實時“影像”，而電子顯微鏡則提供T6SS元件和結構改變狀態的靜態、高分辨率快照。
這些圖像支持了這一猜想：T6SS和噬菌體鞘係統有著進化關聯，盡管目前尚不清楚哪一種最先出現。這兩種係統在關鍵途徑上還是存在差異。例如，噬菌體係統隻發送一次炮彈，而T6SS係統可以裝配、發射、拆卸、改造，然而再發射，不斷重複。“T6SS係統並非僅出一招，”Mekalanos說。
此外，過去科學家們從未對噬菌體的遺傳物質注入過程進行過實時成像，觀測T6SS收縮的速度表明噬菌體應該也以同樣相當快的速度進行了鞘收縮。
Jensen強調目前該研究獲得的分辨率還並未超過其他的實驗研究。因此未來他們的目標是進一步揭示T6SS是否確實貫穿了其他細胞？過程是怎樣？以及其他細菌中不同的T6SS係統的結構和功能比較。
Jensen 說：“總有一天，我們希望能夠重新設計和利用T6SS係統完成我們決定的任務。例如將毒素插入到癌細胞中。”
Mekalanos也表示研究發現或具有生物醫學意義。“我們知道T6SS對幾種細菌的毒力起重要作用。因此這有可能稱為一種有用的模型係統用於尋找一隻T6SS活性藥物，”Mekalanos說。
（來源：生物通）
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