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甲虫用微生物对抗微生物,保护它的食物来源

2019-08-13 18放线菌放线菌的作用

当南方松甲虫穿过树皮内的森林隧道时,它带来了帮手和竞争对手。辅助器是一种真菌,昆虫将其作为幼虫的食物种植在隧道内。但也有一种搭便车的小螨虫,它同样携带着一种真菌来喂养自己的幼虫。

如今,这一奇特的、有着千年历史的安排变得更加令人好奇。一组研究人员在10月3日出版的《科学》杂志上撰文称,松甲虫利用了另一种微生物——一种被称为放线菌的细菌——来保护它的真菌免受螨虫的竞争。更重要的是,这种细菌通过使用一种对科学来说是全新的抗生素来做到这一点。

这种新型抗真菌化合物被称为mycangimycin (mycangia),因为甲虫体内同时携带真菌和细菌。

甲虫用微生物对抗微生物,保护它的食物来源

研究背景

“地球上大约有1000万种昆虫,”威斯康辛大学麦迪逊分校的进化生物学家和共生专家Cameron Currie说,他和哈佛大学化学家Jon Clardy领导了这项研究。“所以,如果昆虫更普遍地与放线菌联系在一起,那么可能会有大量的新地方可供探索。”

这一认识来得正是时候。从历史上看,世界上抗生素的最大来源一直是放线菌,尤其是链霉菌属。但近年来,尽管对现有抗生素的耐药性已经扩散,但从这些微生物(实际上是所有微生物)中成功分离出的新化合物的数量已经减少。

共生关系是否最终会成为新型抗菌素和其他有用药物的宝库还有待观察。但有望看到昆虫与放线菌配对。

“放线菌在这些情况下可能非常有吸引力,因为它们具有强大的产生抗生素的能力,”威斯康辛大学麦迪逊分校的研究生Jarrod Scott说,他与Currie一起工作。“就像我们认识到这些微生物的力量一样,我认为从进化的角度来看,其他生物体也认识到了它们的力量。”

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研究内容

Currie也有充分的理由怀疑这些相互作用是普遍的。上世纪90年代,他第一个发现了一种以真菌为生的蚂蚁——切叶蚁——使用放线菌来保护真菌作物免受寄生霉菌的侵害。这让他想到寄生虫和疾病在所有生物体进化中的重要性,以及这些压力可能如何导致许多昆虫与有益的微生物合作作为防御。

除了切叶蚁和松甲虫,这种关系的另一个例子现在已经建立。Currie说:“但是它还没有得到系统的检验。”“如果我们真的开始研究,我们可能会发现这些关联非常普遍。”

在美国南部和墨西哥,松树最具毁灭性的敌人之一严重依赖一种细菌,这似乎令人难以置信,但这正是南方松甲虫的情况。如果螨虫的真菌伴侣蛇口螨(Ophiostoma)不再生长甲虫的真菌——昆虫杀虫剂(Entomocorticium),甲虫的幼虫就会饿死。因此,控制蛇口螨已经成为放线菌的工作。

然而,有趣的是,它产生的小分子抗生素,似乎并不专门针对蛇口病。Scott说,相反,研究人员怀疑昆虫杀虫剂随着时间的推移已经产生了一定的耐药性,这使得它能够在消灭竞争对手的低剂量抗生素的作用下存活下来。

甲虫用微生物对抗微生物,保护它的食物来源

研究结果

这表明这种抗生素可能对其他真菌和寄生虫具有广谱活性,该团队目前正在研究这种可能性。Currie说,一种新的抗真菌化合物的发现尤其令人兴奋,因为许多这些药物可以作为抗癌药物的双重功能。

但对他和Scott来说,最大的成果将是更广泛地认识到微生物在所有动植物生命中扮演的关键角色,不仅是寄生虫,而且常常是合作伙伴。

Scott说:“如果没有微生物,像松甲虫这样的生物就无法正常工作。”“所以,我们感兴趣的是微生物作为它们成功的基础。”

引用

University of Wisconsin-Madison. "Wielding Microbe Against Microbe, Beetle Defends Its Food Source." ScienceDaily. ScienceDaily, 10 October 2008.
www.sciencedaily.com/releases/2008/10/081002171921.htm.

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