核心提示:胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是生物体分泌到胞尺寸的膜泡。它是类似于人类沟通的语言一样存在于微生物之间的信息传导、交互的一种工具。
近来读起一篇关于微生物“信使包裹”——胞外囊泡的科技小文,文风幽默风趣,从普通人的视角和语言习惯,把一篇晦涩难懂的科技现象形象地呈献在读者面前,实在有趣。
作者把微生物世界比喻成一个江湖,“有人的地方就有江湖,这句话同样适用于微生物世界”,一句点题。同时阐明了微生物善于“团队作战”——个体微生物无法掀起波澜,然而当它们在一起的时候,团队作战能力令人刮目相看。为后文关于每克室内灰尘中,胞外囊泡的含量和其潜在的巨大信使作用埋下伏笔。
什么是胞外囊泡?
胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是生物体分泌到胞尺寸的膜泡。它是类似于人类沟通的语言一样存在于微生物之间的信息传导、交互的一种工具。是除了明星分子-群体感应分子的化学通讯作用之外,细胞众多“外交信使”中的黑马,成为环境微生物学研究的前沿。EVs能够胜任“外交信使”的工作,主要是其磷脂双分子层膜结构赋予其此项天赋,它像日常生活中的快递包裹一样能稳定、特异、高效地携带、保护和传递货物。这些货物包括蛋白质、脂质、核酸等。这些“幽灵”囊泡最初在原核生物中发现,后来,在真核生物中也发现了他们的踪迹。横跨动物、植物、微生物三界。
胞外囊泡的存在现状
针对胞外囊泡在我们身边的真实存在,中国科学院城市环境研究所朱永官院士团队黄乾生课题组开展了深入研究,揭开了这一奥秘。
他们以典型微生物生境,包括人类粪便、废水、城市土壤和室内灰尘为对象,系统性地揭示了EVs在环境中广泛存在。这些EVs具有典型的膜囊泡结构,平均粒径约为70 nm,只有头发丝直径的千分之一。EVs数量巨大,每克室内灰尘中数量甚至高达1011个颗粒,比全球人口总和还多一个数量级。EVs丰度与其来源样品中细菌丰度具有显著的相关性。
该团队进而基于已有的环境抗性基因数据库数据,结合宏基因组测序技术追踪环境样品EVs的“发货人”,发现EVs主要来自于细菌,部分来自于真核生物和古菌。部分微生物虽然在样品中的相对丰度低,却可以产生远高于其自身相对丰度的EVs,从而可能发挥显著的作用。室内灰尘中相对高丰度的假单胞菌属EVs尤其值得关注。
胞外囊泡,有造福人类的“基因”
环境样品EVs包裹中携带了来自各种微生物的DNA。数据对比后发现,糖苷水解酶家族GH25基因在EVs中显著富集,研究已经发现该家族类似于“公共资源”可在微生物群体之间移动,因此赋予更多微生物利用糖源的能力。DNA货物中还包括定位于可移动遗传元件(MGEs)的细菌耐药基因(ARGs)等功能基因,可能是环境耐药基因传播的一种方式,而这种方式过去很少被认知。
上述研究让我们认识到了“外交信使”EVs在真实环境的强大覆盖范围及其包裹中的多种功能基因“外交物资”。然而这仅是EVs包裹货物的一小部分,更多货物及其在微生物群体的功能值得深入探索,才能更好地揭示微生物之间、微生物与环境、宿主之间的复杂互作网络,从而为发展病原体防控策略提供理论认知和技术开发支撑。