在太空，连噬菌体也会变身
环球科学约 3 分钟研究人员在国际空间站（右侧图片）上进行了将大肠杆菌（左侧图片）和T7噬菌体一起培养的实验。（图片来源：NASA）
撰文 | K. R. 卡拉韦 (K. R. Callaway)
翻译 | 曾欣欣
细菌和感染它们的病毒之间，一直在进行永无止境的生死之战。这些殊死较量推动着双方不断演化出一些新本领，适应它们所到达的每一种环境，从人类的消化道到海底的热液喷口，抑或是恶劣的外太空。
为了观察微重力会如何改变一些特定的微生物，研究人员将一种专门感染细菌的病毒——“噬菌体”，送上了国际空间站。他们发现，这些病毒适应太空环境后，感染细菌的效率也变得更高了。
这项实验成果已发表于《公共科学图书馆·生物学》（PLOS Biology)。研究团队将常见的T7噬菌体与它们的老敌人——大肠杆菌——放在一起，进行了不同时长的共培养，并在地球和太空进行了对照实验。结果发现，在地球上培养的病毒，只需2到4小时就能攻破细菌的防线；而太空中的病毒却花了4个多小时才完成感染。感染变慢的原因在于：对于双方而言，微重力都是一个陌生的挑战，需要先花时间来适应这个新环境。
不过，一旦病毒通过微调自身形态适应了微重力，它们反而会变成更高效的细菌杀手。该研究的通讯作者、美国威斯康星大学麦迪逊分校的化学生物工程师斯里瓦特桑·拉曼（Srivatsan Raman）解释道：“一个简单的微重力实验，就让我们筛选出了这些具有更强杀伤力的突变病毒。”
地球实验与太空实验之间的关键差异，可能在于“混合”程度。西班牙天体生物学家埃斯特尔·拉扎罗（Ester Lazaro，未参与该研究）说：“在正常的重力环境下，流体的运动会持续搅动周围环境，这会大大增加病毒与细菌相遇的概率。然而，在微重力环境下，这种混合作用会明显减弱，甚至几乎消失。”
为了应对这种混合不足的状况，这些在较低重力环境下生长的微生物会在基因层面发生一些新的改变。比如，噬菌体通过基因突变微调了自身外膜的形态和结构，以便能更有效地抓住它们正在攻击的细菌。
当这些“太空病毒”返回地球后，研究人员将它们与另一类大肠杆菌菌株一起培养。这类大肠杆菌会导致特别顽固的尿路感染，且通常能抵抗噬菌体入侵。实验结果令人惊喜：突变后的噬菌体成功杀死了这种顽固细菌。拉曼评价说，“这确实非常令人振奋。”如果将这些靶向细菌的病毒暴露在全新环境压力下，就可以让它们变得更强大，那么科学家或许有望培育出一些足够强大的噬菌体，可以帮助人类对抗那些十分棘手的耐药菌。
英国夸德拉姆研究所（Quadram Institute）的研究员伊芙利恩·阿德里安森斯（Evelien Adriaenssens，未参与这项研究）说：“T7噬菌体是最典型的模式生物之一，我们对这种噬菌体早已了如指掌。有趣的是，当它们进入一个迥然不同的环境后，竟然还可以给我们带来全新的发现——这真是太酷了！”
本文选自《环球科学》4月刊“前沿”栏目。
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