光遺傳方法宿主體內(nèi)控制細(xì)菌致病能力示意圖。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院供圖

　　很少有人能想象得到，一個成年人身上的細(xì)菌總數(shù)，居然有100萬億個。

　　細(xì)菌是許多疾病的病原體，以接觸、昆蟲叮咬等方式讓人體感染疾病。同時，細(xì)菌也常被人類用于乳酪及酸奶和酒釀的制作，用于部分抗生素的制造等，與人們的日常生活息息相關(guān)。因此，了解細(xì)菌如何感染人體，進(jìn)一步對細(xì)菌感染行為進(jìn)行調(diào)控至關(guān)重要。

　　6月2日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所金帆團(tuán)隊與黃術(shù)強(qiáng)團(tuán)隊，關(guān)于細(xì)菌感染的研究成果以封面文章形式發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊ACS Synthetic Biology。在這項成果里，研究團(tuán)隊開發(fā)了基于銅綠假單胞菌的新型光敏蛋白YGS24，實現(xiàn)了用光學(xué)方法控制細(xì)菌對宿主的感染行為。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生承心怡、深圳先進(jìn)院研究助理蒲璐、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生付生偉為文章的共同第一作者，研究員金帆和助理研究員楊帥為共同通訊作者。

　　楊帥說，這一研究實現(xiàn)了對宿主體內(nèi)細(xì)菌致病能力的定量和時間控制，揭示了其局部和系統(tǒng)對宿主健康和死亡的影響。新技術(shù)的建立，有望探索和發(fā)現(xiàn)致病菌新的致病機(jī)理，進(jìn)而加速相關(guān)創(chuàng)新療法的開發(fā)。

　　那么，細(xì)菌是如何感染宿主的？

　　據(jù)金帆介紹，細(xì)菌的感染往往呈現(xiàn)急性和慢性兩種感染模式。細(xì)菌的不同感染行為，往往會對宿主產(chǎn)生不同的影響。急性感染下，細(xì)菌會引起宿主急性的炎癥反應(yīng)，而慢性感染下，細(xì)菌往往會形成生物被膜，對抗生素和宿主的免疫系統(tǒng)具有更強(qiáng)的耐受性，往往不易根治。

　　研究團(tuán)隊選取了常見的機(jī)會性致病菌——銅綠假單胞菌作為研究模型，用來探索調(diào)控細(xì)菌感染行為的新方式。

　　“銅綠假單胞菌是一種對人體和動植物均有潛在致病性的革蘭氏陰性菌，它的臨床分離率較高。對于免疫受損的病人、皮膚或黏膜受損的病人來說，銅綠假單胞菌感染具有很高的發(fā)病率和致死率。因此，建立新的方法對其致病性進(jìn)行研究，不僅具有臨床意義，還具有開創(chuàng)性的科學(xué)意義�！睏顜浾f。

　　據(jù)他介紹，有別于傳統(tǒng)利用化學(xué)誘導(dǎo)物進(jìn)行基因表達(dá)調(diào)控的細(xì)菌調(diào)控手段，研究團(tuán)隊利用光遺傳學(xué)調(diào)控的方式，基于銅綠假單胞菌的GacS蛋白和GacA蛋白組成的雙組分系統(tǒng)，開發(fā)了新型光敏蛋白YGS24。

　　楊帥說，研究團(tuán)隊以YGS24蛋白取代細(xì)菌中原有的GacS蛋白，構(gòu)建了YGS24-GacA光控系統(tǒng)，對銅綠假單胞菌的感染行為進(jìn)行精確的光調(diào)控。借助YGS24-GacA光控系統(tǒng)，研究團(tuán)隊在 “致命麻痹”和“緩慢殺戮”的秀麗隱桿線蟲-銅綠假單胞菌致病模型中，成功實現(xiàn)了細(xì)菌對線蟲的致病能力的藍(lán)光調(diào)控。此外，通過該光控系統(tǒng)，研究團(tuán)隊利用顯微鏡技術(shù)和微流控技術(shù)，成功實現(xiàn)了對秀麗隱桿線蟲腸腔內(nèi)銅綠假單胞菌致病調(diào)控回路的原位光誘導(dǎo)。

　　“YGS24光敏蛋白的研發(fā)，擴(kuò)充了光遺傳學(xué)的工具庫，也是在銅綠假單胞菌中開發(fā)的第一個光敏蛋白。它將推動光遺傳學(xué)在微生物研究領(lǐng)域的發(fā)展，還將在細(xì)菌感染行為的相關(guān)基礎(chǔ)研究中發(fā)揮獨特作用�！睏顜浾f。

　　下一步，研究團(tuán)隊計劃利用該技術(shù)，結(jié)合線蟲感染實驗，通過光遺傳學(xué)方法建立定量關(guān)系模型和真實波動環(huán)境下的致病感染模型。楊帥說，通過建立更高分辨率的顯微追蹤照明系統(tǒng)，團(tuán)隊將對線蟲腸道特定部位的細(xì)菌進(jìn)行誘導(dǎo)，研究不同位置的局部感染導(dǎo)致的致病性差異，最終探究新的感染機(jī)制和宿主相互作用，為治療銅綠假單胞菌感染提供新的思路。

　　中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝