与导师共获盖尔德纳奖，这位女科学家解密细菌之间如何交流

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2023-09-12 09:09

来源：深究科学

作者：林岩

邦尼·巴斯勒（Bonnie Bassler）

导读

对于普林斯顿大学的巴斯勒教授来说，她在细菌群体感应研究上可谓收获颇丰。

凭借对这一领域的研究，近年来她屡获大奖：去年刚获得沃尔夫化学奖，今年又获得了盖尔德纳国际奖。盖尔德纳奖是世界上最负盛名的生物医学和全球健康奖之一。

我们知道，人类通过语言和肢体动作进行交流，动物也有着自己的语言，如蜜蜂靠分泌信息素、舞蹈、振翅进行交流，蚂蚁通过触角交流。

而巴斯勒的研究告诉我们，微生物世界也有着自己的“语言”，细菌也具有社会性，能依靠群体感应进行交流。

这实在令人称奇。那么细菌是如何进行群体感应的？这项研究有何应用价值？

今年年初，HHMI研究员、普林斯顿大学分子生物系邦尼·巴斯勒（Bonnie Bassler）与自己的导师以及另一位学者被授予2023年加拿大盖尔德纳国际奖。

他们获奖原因是，由于“发现了细菌如何相互交流”而获奖，这为微生物行为的研究提供了新的范式，并为治疗传染病提供了新的途径。

三位科学家发现了细菌间的群体感应，即细菌会互相“交谈”。“这一了不起的发现彻底改变了我们对微生物世界以及细菌、人类健康和疾病之间关系的理解。”盖尔德纳基金会表示，这些科学家为解决健康与环境方面的紧迫问题铺平了道路。

巴斯勒的科研道路一路坦途，获奖无数

巴斯勒是美国普林斯顿大学分子生物学教授，一位杰出的分子生物学家和微生物学家，主要研究细菌的通讯和群体行为。她的研究成果在细菌学以及医学领域都具有重要的意义。

1984年，巴斯勒毕业于加州大学戴维斯分校，获得生物化学学士学位。

1990年，在约翰霍普金斯大学获得生物化学博士学位。

自1994年加入普林斯顿大学以来，巴斯勒一直致力于研究细菌间的通讯：细菌是如何交流，如何协调集体行为的。

Bonnie Bassler，照片来自Alena Soboleva

她的科研道路非常顺遂，近30年的研究为她带来无数荣誉：

2002年她获得麦克阿瑟“天才奖”。

2009年当选美国国家科学院院士。

2012年获得欧莱雅-教科文组织科学女性奖。

2015年6月3日，获邵逸夫生命科学和医学奖。

2022年2月17日获沃尔夫化学奖。

2023年3月30日，斩获加拿大盖尔德纳国际奖。

巴斯勒的研究主要集中在细菌间通讯和自动感应分子上。她发现，细菌可以通过自动感应分子来协调群体行为，包括共同生长、合作和竞争等。这些群体行为对细菌的适应性和生存非常重要。

她还发现了一种新型的自动感应分子AI-2，这是一种普遍存在于细菌中的信号分子，可以调控不同种类细菌之间的相互作用。

细菌可通过自动感应分子来协调生长和分裂，从而形成更大的细菌群体。这种群体行为可以帮助细菌更好地适应环境和应对外界压力。

细菌的社会化行为：群体感应

那么，细菌是否可以通过“交谈”来协调集体行为？

巴斯勒的研究给予的答案是肯定的。

单个的细菌弱小无力，在细菌的“宏图大业”中起不了多大作用，这时就可以通过群体感应，发动细菌通讯，主导细菌间的群体行为。

而群体感应依赖于生物化学的信号分子产生、检测和响应。

细菌群通过化学信号相互交流，这种交流方式被称为细菌间信号传递（bacterial quorum sensing），即细菌通讯，它是一种通过细胞间信号分子来协调细菌群体行为的机制。

在细菌群体中，细菌可以分泌一种自动感应分子（autoinducer）的信号分子。当细菌数量达到一定阈值时，自动感应分子的浓度会逐渐增加直到达到一定的浓度，这时细菌便会开始协调行动，执行某些特定的生物学功能。

细菌通讯对细菌的生存和繁殖非常重要，如革兰氏阴性菌的生长和毒力都受到细菌通讯的调控。

此外，细菌通讯还可以协调细菌对宿主的感染，因此研究细菌通讯机制有助于开发新的抗菌药物，并且可以为治疗细菌感染提供新的思路。

事实上，科学家发现细菌间的群体感应始于生物发光，即萤火虫和深海鱼等生物发出的光。

20世纪70年代，科学家发现一种名为费氏弧菌的细菌能释放出一种化学物质，当细菌集群时，这种化学物质会刺激生物发光，而单独的细菌则不会。

十年后，西尔弗曼发现了第一个群体感应电路。他的研究揭示了控制集体发光的基本调节机制。通俗地说，他的研究为发现构成各种细菌群体行为基础的数千个相关系统提供了动力。

巴斯勒曾是西尔弗曼的学生，在西尔弗曼的实验室做博士后。她进一步发现群体感应并非罕见的现象，而是整个细菌世界的常态。

巴斯勒和她的研究团队证明，细菌群能使用信号分子进行通信。

她发现所有微生物领域——包括真核生物、细菌和病毒——之间的相互作用都依赖于群体感应，如人类肠道细胞利用群体感应分子与肠道菌群中的细菌沟通，帮助身体抵抗疾病。“窃听病毒”可以劫持群体感应信号分子中编码的信息，感染并杀死群体感应细菌。

细菌群体感应的应用价值

对细菌间通讯和自动感应分子的机制的研究，有助于我们更好地了解细菌的生存机制和适应性。

目前，巴斯勒的团队发明了群体感应干扰策略，该策略可以用于开发新药，如开发新的抗生素和治疗方法，从而有效地应对细菌感染和抗生素耐药性的问题。

巴斯勒表示，“我认为继续研究细菌群体感应将为我们提供对抗传染病的新方法。我们的抗群体感应化合物针对的是细菌信号传导，而不是细菌生长，这可以使我们的疗法比传统抗生素更不易受到抗生素耐药性的影响。”

此外，对细菌群体感应的研究也为环境保护和农业生产也有利，这是因为微生物在地球化学循环中起到了重要的作用。

“更令人振奋地是，我们现在知道细菌是高等生物所需的伙伴。比如它们为我们提供人体所需却又无法自主合成的生物分子。群体感应对于人类微生物组和其他有益菌群之间的和谐至关重要”，巴斯勒表示。

巴斯勒的导师西尔弗曼

此次获得盖尔德纳奖，巴斯勒非常高兴，她认为她的导师西尔弗曼在这个领域作出了突破性的发现，应当被追溯为该领域的创始人。这个领域是在西尔弗曼退休后才开始崛起，他并没有因此被认定为开拓者。

巴斯勒表示，“能和导师一起获得盖尔德纳奖对我非常有意义，我对获得此次殊荣倍感高兴。”

未来，巴斯勒能否因细菌的群体感应摘得诺奖，我们拭目以待。

参考资料

1.Gairdner官网

2.https://www.princeton.edu/news/2023/03/30/bonnie-bassler-wins-2023-canada-gairdner-international-award

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来源: qq

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