小心，你的牙刷上可能有600多种病毒——但这不一定是坏消息｜一周趣科学vol.38

大量病毒正在你的牙刷上疯狂蹦迪

说起生物多样性，我们往往会想起热带雨林，或者珊瑚礁。

但是美国西北大学的研究人员发现，在每个人的家里都隐藏着一个极具生物多样性的地点，那就是牙刷和淋浴喷头。

在西北大学牵头的一项新研究中，微生物学家发现淋浴喷头和牙刷上充满了种类极其丰富的病毒，其中大多数都是被首次发现。

虽然这听起来可能有点可怕，但好消息是这些病毒并不以人类为目标，而是以细菌为目标。

这些进攻细菌的病毒通常被称为“噬菌体”，它们会钻到细菌体内进行复制和繁殖，最终杀死细菌。

尽管研究人员对噬菌体知之甚少，但最近它们在治疗抗生素耐药性细菌感染方面的潜在用途备受关注。毕竟，敌人的敌人就是我们的朋友。

因此，潜伏在我们浴室中的这些未知病毒可能成为探索这些应用的宝贵材料。

“这个项目最初只是出于好奇，”领导这项研究的科学家Erica M. Hartmann说，“我们想知道我们家里生活着哪些微生物。在室内环境中，微生物很难在桌子和墙壁等表面上生存。微生物更喜欢有水的环境。哪里有水呢？于是我们想到了牙刷和淋浴喷头。”

随后，研究人员使用DNA测序来检查样本中的病毒。这些样本总共包含600多种不同的病毒——而且没有任何重复的。

淋浴喷头和牙刷之间的病毒类型也基本没有重叠，而且任何两个样本之间几乎没有重叠。每个淋浴喷头和每个牙刷就像是孤立存在小岛。这也凸显了病毒惊人的多样性。

虽然在样本中没有发现病毒分布的规律，但团队确实注意到分枝杆菌噬菌体比其他类型的噬菌体更多。

分枝杆菌噬菌体以分枝杆菌为宿主，是一种导致麻风病、肺结核和慢性肺部感染等疾病的致病菌种。研究人员设想，有朝一日，我们可以利用分枝杆菌噬菌体来治疗这些感染疾病。

与此同时，研究者提醒人们不用担心卫生间里的微生物，因为微生物无处不在，其中绝大多数并不会让我们生病，你越用消毒剂攻击它们，它们就越可能产生耐药性或变得更难治疗。

图1 样品上的噬菌体序列差异性非常大 

（图片来源：参考文献）

课代表总结：细菌越多的地方噬菌体就越多，噬菌体越多它们吃掉的细菌就越多，因此剩下的细菌就越少。所以细菌越多，细菌越少。

科学家揭秘细菌如何以塑料瓶为食

研究人员长期以来一直观察到，有一种名叫丛毛单胞菌的常见环境细菌，它们往往生长在城市河流和污水系统中随处可见的塑料上。但这些丛毛单胞菌究竟在塑料上做什么，仍然是个谜。

近日，美国西北大学（怎么又是西北大学？）的研究人员试图探索一下这些细菌到底在做什么。他们发现了其中一种丛毛单胞菌其实是在分解塑料，以获取食物。也就是说，这是一种能吃塑料的细菌。

研究者从环境中分离出了丛毛单胞菌，并且将其培养在完整的PET薄膜上。培养几天之后，在细菌周围的水里发现了许多纳米级的小颗粒，经过鉴定，这些都是纳米塑料颗粒。

也就是说，细菌把完整的塑料薄膜撕碎成了碎片。因此，科学家进一步猜想，它们撕碎塑料是为了能够吃掉它。

在确认了这种细菌确实可以分解塑料后，研究团队下一步想了解其中的分解过程。通过可以测量细胞内所有酶的组学技术，团队发现了这种细菌在接触PET塑料时会生产一种特定酶。

把细菌内编码这种酶的基因敲除后，细菌分解塑料的能力就会显著减弱乃至丧失。而另一方面，如果向别的细菌内添加这种酶的基因，其它细菌也能获得分解塑料的能力。

总结起来就是，丛毛单胞菌先将PET塑料咀嚼成小块，成为纳米塑料颗粒。然后，它们分泌一种特殊的酶，进一步分解塑料。最后将塑料中成环的碳原子作为食物来源。

PET塑料，也就是1号塑料，占人类塑料用量的12%左右，常见的饮料瓶就是用PET制作的。另外，在之前备受关注的水中微塑料问题中，将近一半的微塑料都是由PET贡献的。

研究人员还表示，这些新知识可以帮助人们更好地了解塑料在废水中的演变方式，因为我们正在试图了解塑料从废水到河流、湖泊和海洋的整个旅程。

图2 丛毛单胞菌分解PET塑料 

（图片来源：西北大学）

课代表总结：蓝瓶的塑料，好吃的塑料！

参考文献：

 “Mechanisms of Polyethylene Terephthalate Pellet Fragmentation into Nanoplastics and Assimilable Carbons by Wastewater Comamonas” by Rebecca A. Wilkes, Nanqing Zhou, Austin L. Carroll, Ojaswi Aryal, Kelly P. Teitel, Rebecca S. Wilson, Lichun Zhang, Arushi Kapoor, Edgar Castaneda, Adam M. Guss, Jacob R. Waldbauer and Ludmilla Aristilde, 3 October 2024, Environmental Science & Technology. DOI: 10.1021/acs.est.4c06645

节食会延长寿命，但可能与减肥无关

很久之前就有实验证据表明，减少卡路里摄入可以使寿命更长。这不是减肥药广告，而是确有其事。

正是因为人们往往把少吃——减肥——身材苗条——寿命更长联系在一起，所以减肥药才会用这种实验结果来宣传自己。

日前，一项有史以来最大规模的动物饮食限制实验对上述的观念提出了挑战。

这项研究监测了960只老鼠的健康和寿命，每只老鼠的遗传基因都各不相同，它们来自不同的种群，借此来模拟人类的遗传多样性。

一些老鼠被限制热量的饮食，另一组老鼠遵循间歇性禁食方案，其他老鼠则被允许自由进食。

实验发现，吃得少的老鼠的预期寿命确实比自由进食的老鼠要长，这一结果与之前的研究相符。减少40%的热量摄入可使寿命延长最久，间歇性禁食也能延长平均寿命。

但是实验也发现，寿命的延长与节食导致的减重无关。减重较多的老鼠往往比减重适中的老鼠死亡更早。

在其他代谢指标中也发现了类似的效应。例如，节食会导致体脂率下降，但是体脂率下降与寿命延长之间并没有明显的关联。血糖的下降也与寿命延长没有明显关联。

与此相反，实验中发现了一些与寿命和节食关联都比较强的指标，比如免疫系统活性，以及红细胞的活力。实验发现节食可以提高免疫系统的活性，而那些免疫系统活性较高的老鼠，它们的预期寿命也往往较长。

也就是说，节食不仅可以减肥，还可以激活免疫系统，但减肥并不是让老鼠寿命延长的原因，免疫系统激活才是。

科学家认为，免疫系统激活可能是动物体内的一种应对食物短缺的应激机制，这种激活在应对食物缺乏的同时也能够更有效地保护身体，从而延长动物的生命。节食是一种压力源，最有韧性的动物体重减轻最少，免疫功能保持良好，寿命更长。

与此同时，专家也告诫公众，不要用老鼠实验过度推断节食对于人类的影响，毕竟老鼠的生命周期比人类短很多。我们应该坚持健康和均衡的饮食，不要过度节食。

图3 人体的脂肪细胞（假色）

 （图片来源：西北大学）

课代表总结：每人都是九万顿饭，谁先吃完谁先走（bushi）

精准的果蝇大脑细胞地图绘制完成

这是科学家们半个多世纪以来一直梦寐以求的成就。近日，美国普林斯顿大学领导的一个庞大的国际研究团绘制出了一只成年果蝇大脑中每个神经元的精细细节。

现在任何人都可以自由地研究这个精巧的大脑——它只有芝麻大小，却包含139255个神经元和5000万个连接。

与拥有800亿个神经元和100万亿个连接的人脑相比，这似乎是一次小小的胜利，但与神经科学家在20世纪60年代开始的研究相比，这是一个巨大的飞跃。

如果以历史经验来看，这项研究可能会获得未来的诺贝尔奖。

想要研究地理，最直观的办法就是勘测每一座山和每一条河，画出地图；想要研究天文，最直观的办法就是看遍每一颗星星，画成星图；想要研究大脑，那么最直观的办法就是搞清楚其中的每一个神经元以及它们之间的连接，画成大脑地图。

大约半个世纪前，科学家们就开始绘制动物大脑的神经网络地图，最初的尝试集中在一种非常简单的生物上：秀丽隐杆线虫。

2002年，绘制出了这张仅含302个神经元的部分大脑图谱的科学家共同获得了诺贝尔奖。

2023年，研究人员完成了一张更大的大脑地图，其中包括果蝇幼虫体内的全部3016个神经元。

接下来，人们把目光投到成年果蝇的大脑上。果蝇可以做各种复杂的事情，比如行走、飞行、导航，而且雄性还会给雌性唱歌。因此，成年果蝇的大脑功能也许与人类的大脑并不会差太多。

绘制成年果蝇的大脑地图，需要采集果蝇大脑的7000多张切片和2100万张图像，其数据足以装满100台普通笔记本电脑。普林斯顿大学建立的人工智能程序对于梳理数据发挥了重要作用。

研究人员称，他们所做的就是为所有神经细胞、通路、连接处添加命名和注释。有了这些，研究人员就可以在试图理解大脑的过程中，对大脑进行更深的探索。

例如，在论文中，科学家在地图上触发果蝇大脑中的神经元，使其伸出喙来寻找糖，其神经传递就像真正的果蝇体内的神经元被激活时发生的情况一样。

相关主要研究成果发表在《自然》杂志上。

图4 经过注释后的成年果蝇大脑 

（图片来源：参考文献）

课代表总结：生命科学正在进入一个去整体化的时代。

  作者：牧心