这种生活方式转变的细节可以为藻类水华动力学的调控及其对海洋环境中大规模生物地球化学过程的影响提供新的见解。

单细胞藻类，被称为浮游植物，形成海洋水华，它负责地球上约一半的光合作用，并构成海洋食物网的基础。因此，了解控制浮游植物生长和死亡的因素对于维持健康的海洋生态系统至关重要。罗斯杆菌属的海洋细菌已知与浮游植物成对共存，相互作用。浮游植物为玫瑰杆菌提供了有益于细菌生长的有机物质，如糖和氨基酸，而玫瑰杆菌则提供了B族维生素和生长促进因子。

然而，最近的研究表明，玫瑰杆菌经历了从共存到致病的生活方式转变，在那里它们杀死了浮游植物宿主。一种叫做DMSP的化合物是由藻类产生的，被认为在这种转换中起作用。

第一作者Noa Barak Gavish是以色列魏兹曼科学研究所植物与环境科学系的博士毕业生，他说：“我们之前发现，当与植物浮游生物Emiliania huxleyi相互作用时，罗斯杆菌D7表现出一种生活方式的转变。”。“然而，我们对决定这一转变的因素的了解仍然有限。”

为了描述这种生活方式的转变，Barak Gavish及其同事进行了一项转录组学实验，使他们能够比较D7亚硫酸杆菌在共存或致病性阶段差异表达的基因。

他们的实验设置表明，在致病性诱导培养基中生长的D7硫酸杆菌比在共存培养基中培养的D7具有更高的代谢产物（如氨基酸和碳水化合物）转运蛋白表达。这些转运蛋白用于最大限度地吸收从垂死的艾米丽娅·胡克斯莱伊（E.huxleyi）释放的代谢物。此外，在致病的D7亚硫酸杆菌中，研究小组观察到负责细菌运动的鞭毛基因的激活增加。这两个因素使D7亚硫酸杆菌能够利用“吃了就跑”的策略，在这种策略中，它们击败了竞争对手，获得了huxleyi大肠杆菌细胞死亡后释放的物质，然后游走寻找另一个合适的宿主。

该团队通过绘制D7亚硫酸杆菌中响应于DMSP和其他藻类衍生化合物的存在而激活的基因图谱，证实了DMSP在导致这种杀手行为转变中的作用。然而，当只有DMSP存在时，生活方式没有发生改变。这意味着，尽管DMSP介导了生活方式的转变，但它也依赖于其他来源于E.huxleyi的信息化学物质的存在，这些化学物质由生物体产生并用于交流。DMSP是许多浮游植物产生的一种信息化学物质，因此其他必需的信息化学物质很可能使细菌能够识别特定的浮游植物宿主。在许多不同微生物物种共存的自然环境中，这种特异性将确保细菌只在正确的藻类伴侣存在时才投资于改变基因表达及其代谢。

该研究还揭示了藻类衍生的苯甲酸盐在D7亚硫酸杆菌和胡克斯利大肠杆菌相互作用中的作用。即使在高浓度的DMSP中，苯甲酸酯也能维持共存的生活方式。苯甲酸盐是一种有效的生长因子，在共存过程中由huxleyi大肠杆菌提供给D7亚硫酸杆菌。作者提出，只要D7硫酸杆菌通过接受生长材料而从共存中受益，它将保持相互作用。当苯甲酸盐和其他生长基质的供应减少时，细菌会改变生活方式，杀死其浮游植物宿主，吞噬所有剩余的有用物质。

D7亚硫酸杆菌对huxleyi大肠杆菌致病性的确切机制仍有待发现，作者呼吁在这一领域开展进一步工作。与其他罗斯杆菌相比，D7亚硫酸杆菌的细胞机械2型分泌系统更为普遍，这是一种许多细菌用来在细胞膜上移动物质的复合物，暗示了一种需要进一步研究的独特致病性方法。

资深作者、魏茨曼科学研究所植物与环境科学系教授阿萨夫·瓦尔迪总结道：“我们的工作为玫瑰杆菌-浮游植物相互作用中从共存到致病性的转变提供了一个背景框架。”。“这些相互作用是藻华动力学调控中一个未被充分认识的组成部分，在这一领域的进一步研究可以提供关于它们对海洋环境中碳和硫命运的影响的见解。”

Bacterial lifestyle switch in response to algal metabolites. eLife, 2023; 12 DOI: 10.7554/eLife.84400

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