牛津大学的研究人员发现了细菌多样化武器背后的进化原因。他们利用铜绿假单胞菌证明，短程武器在低密度条件下有效，而远程武器在高密度条件下则表现出色。这些知识对于开发新方法来对付耐药细菌至关重要。

牛津大学领导的一项新研究揭示了为什么某些种类的细菌携带着惊人的武器库。今天发表在《自然-生态学与进化》（Nature Ecology & Evolution）杂志上的这项研究成果可以帮助我们设计出能够消灭致命病原体的微生物，从而减少我们对抗生素的依赖。新研究揭开了细菌为何经常携带各种武器的谜团。

研究结果表明，不同的武器最适合不同的竞争情况。短程武器有助于细菌入侵已建立起来的群落；远程武器一旦建立起来就很有用。

细菌武器的多样性

许多细菌物种拥有多种攻击竞争对手的武器。这些武器既包括需要与邻近细胞直接接触的短程武器，也包括释放到环境中的毒素等远程武器。迄今为止，细菌为何会进化出携带如此多种武器的武器一直是个谜。

该研究的合著者凯文-福斯特教授（牛津大学生物学和生物化学系）说："动物往往只携带一种武器，如角、鹿角或獠牙，而细菌则不同，它们通常携带多种武器。但目前还不清楚这种情况的进化基础是什么--为什么不只使用一种武器呢？一种理论认为，细菌携带多种武器是因为它们在竞争中发挥着不同的功能"。

研究铜绿假单胞菌

由于耐多药菌株的迅速出现，铜绿假单胞菌被世界卫生组织列为优先病原体。铜绿假单胞菌拥有多种武器，包括产生各种有毒分子的能力（远程武器），以及锚定在外膜上的毒素丝（短程武器）。

研究小组设计了一系列实验，以确定在哪些条件下短程武器比远程武器更具优势。他们利用基因组编辑技术生成了铜绿微囊藻菌株，这些菌株既缺乏毒素丝，又对毒素丝或称为尾毒素的远程毒素敏感。然后将易感菌株与对照铜绿假单胞菌一起在琼脂平板上以一系列不同的比例培养两天。由于菌株各自表达不同的荧光蛋白，研究人员可以量化攻击菌与易感菌的比例。

不同OMvUjE情况下的武器功效

实验结果清楚地表明，这两种武器在不同条件下表现最佳。远程武器尾孢菌毒素只有在攻击细菌密度高、比竞争细菌更常见的情OMvUjE况下才会有效。另一方面，携带毒素的菌丝在更多的条件下都具有竞争优势。这包括攻击性细菌最初数量较少，必须与更多的易感细菌竞争的情况。

双重武器的优势

研究人员随后让这两种工程菌株直接进行正面竞争。当菌株开始时的频率相同时，携带毒素丝的细菌优势明显。然而，当两种武器的使用者都196世界之最以多数开始时，它们都能获胜。

此外，当细胞可以同时使用两种武器时，它们抑制易感细菌的能力明显优于只使用一种武器的菌株，这表明短程和远程武器是相辅相成的。

影响和未来研究

研究人员表示，研究结果表明，短程和远程武器在不同的竞争环境中表现不同。共同作者肖恩-布斯博士（牛津大学）说："我们的研究结果表明，依赖接触的武器的一个特殊优势是，即使使用者在数量上处于劣势，它们也能发挥有效作用。这表明，它们的进化可能是为了使细菌能够www.196nk.cn在数量上少于常驻细菌的情况下入侵既定种群。"

这一理论得到了一个计算模型的支持，该模型模拟了数量较少的攻击者细胞攻击数量较大的易www.196nk.cn感细胞群体的情况。在该模型中，使用短程武器的细胞能够成功入侵群落，而使用远程武器的细胞则不能。然而，当使用远程武器的细胞数量较多且比竞争者更常见时，它们就会变得非常有效，从而给攻击者带来显著的竞争优势。

研究人员目前正在研究如何将这些发现应用于定制设计有益微生物，使其能够战胜致病菌株。

共同作者 William Smith 博士（牛津大学和曼彻斯特大学）说："这些结果为我们提供了宝贵的见解，让我们了解细菌成功入侵并在群落中持续存在所需的武器类型。最终，这将有助于我们开发不含抗生素的方法来对抗多重耐药细菌。"