Patescibacteria，也被称为候选菌门辐射(CPR)，是一类多样性细菌群体，构成了微生物暗物质的一个不成比例的大部分。它的少数被培养成员主要属于糖链菌，它们作为外生生物生长在宿主放线菌上。由于缺乏合适的工具，Patescibacteira的这种生活方式和其他独特特征仍然未被探索。在这里，作者展示了糖链菌表现出自然的能力，利用了这种性质进行了基因操纵。用荧光蛋白标记的糖链菌的成像提供了伴随外生生物生长的现象的高时空分辨率，并且通过转座子插入测序(Tn-seq)全基因组筛选揭示了神秘的糖链菌基因对其宿主生长的贡献。最后，作者利用宏基因组数据提供了基于蛋白质结构的生物信息学资源，支持将Southlakia epibionticum和其对应的宿主Actinomyces israelii视为解锁外生生物生活方式分子基础的模型系统。

  多年来，科学家一直在环境样本中发现了Patescibacteria，然而，我们对这类生物的理解滞后。其中一个主要挑战是它们明显对宿主细菌有严格的需求，而这些宿主的身份目前无法事先确定，因此给Patescibacteria的分离增加了相当大的复杂性。可以预见，将实验和计算方法结合起来的方法可能在将来提供宿主-外生生物关系的预测。在这里，作者解决了研究Patescibacteria的第二个障碍——缺乏用于其操作的遗传工具。事实上，尽管有几个实验室采用了简化的方法在宿主放线菌上分离糖链菌，但到目前为止，这后一个挑战阻碍了对它们外生生活方式的分子解剖。作者的发现表明，自然转化可以促使在糖链菌中进行有针对性的突变，为直接探究这些Patescibacteria内基因型与表现型关系打开了大门，然而，仍然存在挑战。最基本的障碍是，对于糖链菌-宿主细胞相互作用所需的因素也是其生存所必需的。事实上，本文的Tn-seq分析导致了许多通常不需要对细菌生长至关重要的基因的鉴定，这些基因编码的功能与它们介导Se和Ai之间相互作用一致。在类似的情况下，研究人员通过使用各种条件性失活策略(例如，调节表达、温度敏感性和可诱导降解)克服了这一挑战。虽然在糖链菌中可能可以实施这些方法，但在这个系统中，一个强大的方法可能涉及利用宿主遗传学来识别抑制外生生物中致命突变的基因相互作用。

  糖链菌(Saccharibacteria)的小基因组与其生命周期的明显复杂性形成了对比。Xie等人提出了一个糖链菌外生生长的模型，包括四个阶段：T4P介导的感染、生长、芽形成和不对称分裂。时间推移显微镜观察通常支持这一模型;然而，它还揭示了糖链菌-宿主相互作用的一些方面，这些方面以前没有被捕捉到。虽然上述模型暗示了均匀的进展，但数据表明这个生命周期更加复杂。作者发现只有Se的一个小子集能够实现有效的感染，在经过一段延长的扩增期后，这些细胞迅速产生了大量高度活跃的游动子细胞后代(在许多情况下，在20小时内超过10个)。数据的定量分析还将Se的有效和非有效感染与相应的宿主细胞结果联系起来。作者观察到Se的生长与Ai的生长之间存在引人注目的反向关系;与仅被一个Se有效感染的细胞相比，那些被多个Se无效感染的细胞不仅无法分裂，而且体积减小，而后者则容易快速增殖。原文中显微镜观察暗示了Se种群内可能存在分工，其中一个亚种群专门负责繁殖，而第二个游动的亚种群则寻找新的兼容宿主细胞。在假设糖链菌-放线菌关系主要是寄生关系的前提下(这在文献中并未完全得到解决)，相关的主流进化理论预测Se的适应性取决于它引发新感染的速率和这些感染的持续时间。Se的繁殖策略似乎符合这一框架;释放将要感染其他宿主细胞的后代细胞能够减轻宿主细胞负担并延长感染时间，同时最大程度地增加Se的繁殖。如果Se采用主动机制来阻止超级感染(类似于噬菌体所使用的机制)，也能够实现类似的结果;然而，游动子细胞的产生具有在低宿主细胞密度情况下增加Se扩散的附加优势。有趣的是，作者观察到的大多数新生游动子细胞在20小时观察期内并不会自己在宿主细胞内建立有效感染，尽管它们与宿主细胞非常接近且明显附着在宿主细胞上。可能是建立有效相互作用所需的时间有所不同，这些细胞中的许多细胞最终可能会变得有效。此外，被感染的宿主细胞可能会抵御次级感染，甚至可能在相邻的亲缘细胞中诱导防御状态。将定量显微镜与遗传学相结合的未来研究无疑将进一步剖析Se-Ai相互作用，回答这些问题，并揭示这种有趣的界间关系。

  作者在Se中鉴定的基因组中的必需基因集合与其他细菌描述的基因组有显著差异。在这个列表中引人注目的缺失是它的预测F型ATP合酶，其所有组分对于在Ai上生长都是可有可无的。这引发了一个问题，即为什么Se保留了组装这个大型大分子机器的能力。与大多数Patescibacteria一样，Se缺乏呼吸链，可能通过厌氧发酵生长。它可能通过基质水平磷酸化生成ATP，包括通过作者发现的精氨酸脱酸酶途径，这是必需的。在发酵生长期间，ATP合酶可以反向操作，水解ATP并排出质子，这被认为有助于维持质子动力力(PMF)。然而，在Se中ATP合酶的非必需性表明它不是PMF的主要驱动力。人们曾提出的假设是，糖链菌和宿主之间保持的密切物理接触可能使外生生物能够利用宿主生成的质子梯度，以促进溶质输运或为ATP合成提供能量。然而，作者发现，在与Se的有效关联后，Ai的生长迅速停滞;目前尚不清楚这些非生长宿主细胞可以维持多长时间的质子梯度。有趣的是，几种口腔链球菌(oral Streptococcus)依赖于ATP合酶的逆向作用排出质子，以抵抗由致龋的口腔细菌产生的酸性应激。鉴于糖链菌是口腔常见居民，作者推测它们可能以类似的方式利用这个复合体。作者预期这里提供的方法和遗传工具将有助于更广泛地进行糖链菌和Patescibacteria的分子水平特性研究。在这方面，一个关键问题是自然转化的活性程度，以及在Patescibacteria范围内是否能够类似地加以利用。能够在糖链菌之外操纵Patescibacteria的能力，特别是那些具有不同系统发育宿主和栖息在多样化生态位的Patescibacteria，将有助于阐明外生生物生活方式的核心要求。无论使用何种精确方法，对Patescibacteria进行基因操作都将打开这些微生物暗物质丰富资源的表型研究之门，可能揭示前所未见的生物学机制。

  参考文献

  Wang, Y., Gallagher, L. A., Andrade, P. A., Liu, A., Humphreys, I. R., Turkarslan, S., Cutler, K. J., Arrieta-Ortiz, M. L., Li, Y., Radey, M. C., McLean, J. S., Cong, Q., Baker, D., Baliga, N. S., Peterson, S. B., & Mougous, J. D. (2023). Genetic manipulation of Patescibacteria provides mechanistic insights into microbial dark matter and the epibiotic lifestyle. Cell, S0092-8674(23)00906-6. Advance online publication. https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.08.017