搭便车：噬菌体如何利用细菌和真菌网络在土壤中传播

真菌、细菌、噬菌体在土壤生态系统中传播和对土壤生态系统的影响还有待研究。科学家们展示了一种通过细菌穿梭机沿着真菌菌丝传播病毒的新机制。细菌有时也能从附着病毒中获益。

在一克土壤中就有多达10亿个病毒。然而，它们对土壤生态系统中养分和碳循环的影响却鲜为人知。土壤有时不适宜细菌和病毒居住。干燥地带和充满空气的土壤孔隙对细菌和病毒来说几乎是不可能的障碍。为了让它们四处走动——例如，为了到达一个条件更好的地方——它们需要水。但情况并非完全没有希望。因为土壤中有一个非常发达的基础设施:真菌网络。真菌总是在寻找水和养料。为了做到这一点，它们会形成菌丝，这是一种长而细的线，穿过土壤，形成一个广泛分枝的网络。因此，真菌能够跨越干燥和营养不良的地区。

在一项早期的研究中，UFZ的研究人员表明，土壤细菌利用黏液覆盖的真菌菌丝在上面移动，从而获得新的食物来源。环境微生物学家卢卡斯·y·威克(Lukas Y. Wick)博士领导的研究小组在新研究中，发现了地下真菌网络的另一个受益者：“噬菌体，也就是以细菌为唯一目标的病毒，也能在真菌的“高速公路”上行进，不是独立前进，而是搭上细菌的顺风车。物理力量导致病毒附着在细菌表面，就像贻贝附着在船体上一样。并不是每一个噬菌体都能感染每一个细菌，由于一种锁钥原理，噬菌体只能将它们的遗传物质偷运到它们各自特定的宿主细菌中。如果成功了，细菌就会被噬菌体操控，产生新的噬菌体。然后细菌细胞破裂，释放出下一代噬菌体。这些细菌会再次感染新的宿主细菌。噬菌体在这方面非常高效。如果不成功——噬菌体附着在非特定宿主细菌上，通过这种方式病毒就在土壤中搭上便车——直到它们到达一个更适合它们的地方。这显然也给了附着了噬菌体但不被侵染的“顺风车”细菌一个真正的优势，Wick说，“我们能够证明，附着噬菌体的土壤细菌相比没有这种病毒包袱的细菌，在新地点传播得更好。”

从宏观生态学来看，“迁徙物种”可能会给栖息地的“原住民”带来问题。此外，入侵物种可能带来病原体，从而越来越多地导致本地物种的迁移。因此，UFZ研究小组使用了一个著名的入侵生态学模型MAFIA (maecology Framework of Invasive Aliens)来解释他们的数据。“在我们的真菌-细菌-噬菌体系统中，我们能够在微观尺度上探测到与在宏观生态系统中同样的入侵模式，”维克说。“因为我们的微生物实验室模型可以快速、轻松地采样和修改，它可以作为一个模型系统来回答入侵生态学中的各种问题和假设——比如害虫或病原体的运输。”

在他们的研究中，研究团队在实验室中使用了两个带培养基的区域。它们仅通过真菌菌丝相互连接。“在A区，我们使用了典型的土壤细菌作为穿梭体，以及不能伤害这种细菌的噬菌体，”该研究的第一作者、UFZ大学环境微生物系的博士生Xin You解释道。B区接种了一种噬菌体特异性的宿主细菌。研究小组让穿梭细菌沿着真菌菌丝的高速公路行进，有带病毒的也有不带病毒的。“结果表明：细菌-噬菌体组合在入侵B区方面有明显的优势，”You说。“穿梭细菌受益于噬菌体对B区原有宿主细菌有效地抑制，从而消除了对入侵细菌的食物竞争。”

“通过我们的研究，我们第一次能够证明，病毒也可以在水饱和的生态系统(如土壤)中传播，”“噬菌体可能对那里的营养和碳循环有很大的影响。”但土壤对植物生长、污染物降解和饮用水供应也至关重要。“事实上，噬菌体的运输显然在这里扮演着重要的角色，这可能与未来的生态问题甚至生物技术应用有关，”维克说。