有哪些逆天的微生物？

莺歌燕舞

属性或者能力
原文地址：https://www.zhihu.com/question/39811930

卡卡

在夏威夷浩瀚无边的海面上，月光透过海面照亮了海底世界。从海底往上看，海水中有很多阴影，这是各种海洋生物的影子。海底暗处的猎食者们就是靠这些月光下的阴影来捕食的。但是，有一种动物在月光下会发出荧光，就像一个个光团，没有影子的它们自然能够从猎食者口中逃脱。
这种动物是夏威夷短尾鱿鱼（下文简称短尾鱿鱼），它自己并不能发光，每晚都上演的鱼口逃生的大戏，是它和一种能够发光的微生物-费氏弧菌联袂上演的。



白天和夜晚的夏威夷短尾鱿鱼（来源：Margaret McFall-Ngai教授实验室）

它们俩之间是一种互利共生的关系，短尾鱿鱼给费氏弧菌提供了一个专属的栖身之所——它的发光器官，这里只适合费氏弧菌生长，不适合其它细菌生长。
费氏弧菌为短尾鱿鱼做的主要是在发光器官内发出荧光，当夜晚来临时，它的荧光能消除掉月光照到短尾鱿鱼身上产生的阴影，模糊掉短尾鱿鱼天敌的视线，提高短尾鱿鱼活下来的概率。
费氏弧菌帮助短尾鱿鱼消除影子的一些细节很有意思，因为无论是白天还是夜晚，短尾鱿鱼体内都有费氏弧菌，但是短尾鱿鱼体内的荧光只有在夜晚费氏弧菌的浓度积累的比较高时才会产生，当度过漫漫长夜之后，短尾鱿鱼又会将体内的大部分费氏弧菌排出体外，避免消耗过多的营养，再到第二天晚上时，费氏弧菌积累的量又足以散发荧光了，如此周而复始。
那么，费氏弧菌是如何实现只在晚上短尾鱿鱼需要它时发光的呢？
短尾鱿鱼体内的费氏弧菌只在晚上发荧光和一种叫做群体感应的现象有关，群体感应（群感）系统是一种与群体密度有相互作用的刺激和反应系统，对于费氏弧菌而言，这里的刺激和反应就是产生荧光。
简单来看它的群感系统主要有三个组分，一个是随种群浓度升高触发群感系统的信号分子，一个是能够控制荧光蛋白表达的启动子Plux，还有一个是能够将种群密度和发荧光这两件事关联起来的调节蛋白LuxR。这个系统里LuxR一直都存在着，费氏弧菌的浓度较低时，信号分子的浓度也比较低，控制荧光蛋白表达的Plux一般不被使用，但是当信号分子随种群密度上升到一定程度和LuxR相结合后，两者结合形成的复合体能够激活Plux，启动荧光蛋白基因的表达，产生能够发荧光的蛋白，对外表现为发荧光，这就与短尾鱿鱼发光器官内的费氏弧菌在白天浓度低时不发光，晚上浓度积累的足够高时就会发荧光的现象对应起来了。
更简单一点来介绍群感系统功能的话，它能够根据费氏弧菌密度的高低来控制整个群体的行为。



平板上发光的费氏弧菌（来源：微生物学第14版，2015）

一时间也不知道是费氏弧菌更逆天，还是短尾鱿鱼更逆天了……

参考文献:
1.Norsworthy A N et al.,(2013) How Vibrio fischeri successfully navigates an animal’s multiple environments[J]. Frontiers in Microbiology
2.Dinh, C. V et al., (2019). Development of an autonomous and bifunctional quorum-sensing circuit for metabolic flux control in engineered Escherichia coli[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences
3.Michael T. Madigan et al., (2015) Brock Biology of Microorganisms, 14th Edition, Pearson press

作者：李辉（中国科学院青岛生物能源与过程研究所）
出品：科学大院
文章首发于科学大院。科学大院是中国科普博览团队运营的中科院官方科普公号，转载请联系cas@cnic.cn

长长的路

感谢评论区老王和 @笠原JunE 的提醒，补充了发现D. audaxviator单一物种构成生态系统的过程和证据。
<hr/>丧一点说，世界上最孤独的物种；励志一点说，世界上最自力更生的物种，Desulforudis audaxviator，中文命名黄金独生菌，就是下图中杆状的细菌。



图片来自维基

科学家2005年在南非一个金矿距地面2.8公里的地下水里发现了D. audaxviator，2008年发了一篇Science（羡慕）。这里的环境非常恶劣，水温达到60摄氏度以上，pH9.3，没有氧气，没有阳光。
但是这些都没啥，因为很多嗜极生物都能做到甚至更厉害（比如极地冰盖和深海火山的某些细菌），而D. audaxviator最逆天的地方是它一个物种就能独立构建一个生态系统，完全不需要和其他物种发生联系就能独立生存，但这也意味着它们无法利用其他物种合成的有机物，能利用的有机物要么来自于同类的尸体和代谢产物，要么只能自己合成，因此要自己固氮、固碳，并且自行合成自身所需的所有氨基酸。打个比方，就像《火星救援》里马特达蒙手头连土豆都没有，仅靠一些水在火星上活下去，想想就有点惨。不过也正因为环境如此贫瘠，D. audaxviator繁殖一代可能需要成百上千年，环境极差的时候会形成内生孢子休眠，对恶劣环境的抵抗力更强。
D. audaxviator是一种化能自养细菌，不需要阳光，只需要周围环境中有放射性矿物、水、硫化物、氨（甚至元素氮）和二氧化碳就能生存。因为没有氧气，所以它利用硫酸根离子作为电子受体，而硫酸根离子又来自于放射线作用于水后产生的过氧化氢与硫化物的反应。简单说，黄金独生菌间接利用放射能而不是光能作为能量来源。因为它的生活环境与早期大气含氧量极低的地球、火星的某些地方很相似，所以它为研究地球甚至地外生命起源提供了一个很好的标本。我开了个脑洞，黄金独生菌甚至可以作为人类以后地外殖民的先锋，为后来者提供初步的有机物积累。
科研界的传说，发表在Science、Nature这种杂志上的论文一般都能独立讲一个完整的“故事”，D. audaxviator的发现也不例外。
科学家在对南非金矿地下水的研究中已经发现过几种能在恶劣环境下生存的细菌和古细菌，但是其生态系统也是由几种物种构成，其中一种占据优势地位。
2005年科学家在约翰内斯堡附近的Mponeng金矿地下取了5600升水，本来预计和其他研究一样，会在这些水里发现类似的生态系统，比如发现数种细菌，其中一种主要细菌占据70-80%的份额。他们过滤了所有的5600升水，2006年在过滤物中发现了一种细菌，和之前在南非Witwatersrand金矿距地表1.5公里的地下水中发现的一种细菌类似，这似乎和预期相符。但是后来的DNA分析发现，过滤物中同一种细菌的DNA占了99.9%，剩下的0.1%应该是采样和实验室的污染（几乎无法避免）。
这意味着样本中只有一种细菌，而Mponeng金矿的地下水已经与外界隔离达数百万年，也就是说这种细菌（也就是本文的主角D. audaxviator）独自生存已经数百万年。
后来对D. audaxviator基因的分析也继续验证了这个说法。其他在类似环境下生存的细菌，其基因组比较简洁，因为它们在生态系统中各司其职，所以不需要功能面面俱到的基因组，每种细菌的基因组平均包含1500个基因；而D. audaxviator的基因组相对来说很大，当时鉴定出2157个基因，现在鉴定出的已经达到2275个基因。这些基因中包括独立生存必须的基因，比如固氮、固碳、利用硫酸跟离子作为能量来源、合成所有氨基酸的基因，意味着D. audaxviator的确可以独立构成一个生态系统。
D. audaxviator的很多与独立生存关的基因来自于古细菌基因的水平转移，比如编码硫酸腺苷酰转移酶、焦磷酸酶的基因，但是给我印象深刻的是一种固氮酶，这种酶在缺乏氨的时候，能以多消耗能量为代价，直接固定环境中的元素氮！
PS：我知道这个细菌是因为和知乎某基督徒的辩论。旧约里说上帝用一天创造了植物，用另外一天创造了动物，所以知乎上某基督徒说地球上没有单一物种的生态系统，是支持神创论的坚实依据。然后我搜了一下，找到了黄金独生菌。呵呵。
资料来源：
1、Dylan Chivian, Eoin L. Brodie, Eric J. Alm, David E. Culley, Paramvir S. Dehal, Todd Z. DeSantis, Thomas M. Gihring, Alla Lapidus, Li-Hung Lin, Stephen R. Lowry, Duane P. Moser, Paul Richardson, Gordon Southam, Greg Wanger, Lisa M. Pratt, Gary L. Andersen, Terry C. Hazen, Fred J. Brockman, Adam P. Arkin, and Tullis C. Onstott.Environmental genomics reveals a single-species ecosystem deep within the Earth.Science, October 10, 2008
2、Journey Toward The Center Of The Earth: One-of-a-kind Microorganism Lives All Alone. https://www.sciencedaily.com/releases/2008/10/081009143708.htm
3、https://biocyc.org/CDES477974/organism-summary?object=CDES477974
4、https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Desulforudis_audaxviator

感恩由您

幽门螺杆菌。

革兰氏阴性家族的骄傲，全球66%的人类感染，五千年前冰川干尸里的人类的老朋友，“超级细菌”名单上的新贵，十二指肠溃疡和胃溃疡的“领主”，诺贝尔奖荣耀的贡献者，免疫抑制者，钻孔者——幽门螺杆菌。

开个玩笑，下面返朴请来了祝叶华老师，来给大家讲讲幽门螺杆菌的内容，这可能是最全的幽门螺杆菌的科普咯·~~

你知道人类历史上“最成功”的病原体是什么吗？是一种被称为幽门螺杆菌的细菌。它可以进入人体并且生存在消化道里，因此其感染非常普遍。根据美国疾病控制与预防中心的数据，全世界大约66%的人口感染了这种细菌。在发展中国家，这个数字甚至更糟，高达80%的成年人和10%的儿童可能有感染。多数情况下，感染幽门螺杆菌的人可能一生都感受不到任何症状。少部分人在感染以后很多年，这些细菌会在胃黏膜或者小肠的上部引起溃疡；对于更少一部分人，这种感染会导致胃癌。

2017年2月底，世界卫生组织（WHO）公布了12种急需新型抗生素的、有抗药性的“超级细菌”，幽门螺杆菌赫然在列[1]。这种高携带率的细菌，究竟是一种怎样的存在？人类应该感到敬畏吗？



胃溃疡背后的细菌



如今，胃部疾病已经成为像感冒一样的常见病。在胃部不适的人群里，相当一部分患有胃炎和胃溃疡。20世纪80年代，主流医学认为胃溃疡是由辛辣饮食、压力过大和其他生活习惯引起的，往往给予患者镇静剂、抗抑郁剂、心理治疗或抗酸剂治疗。直到幽门螺杆菌——一种胃里长期存在的细菌——被发现，医生们才改变了对胃溃疡的认识和诊疗手段。

1979年，澳大利亚病理学医生罗宾·沃伦（Robin Warren）在慢性胃炎患者的胃窦黏膜组织切片上观察到一种弯曲状细菌，并且发现这种细菌邻近的胃黏膜总是有炎症存在，他意识到这种细菌和慢性胃炎可能有密切关系。 1984年，澳大利亚科学家尼尔·诺克斯（Neil Noakes）从培养皿中提取了一些这种弯曲状细菌，将它们与微温的牛肉提取液混合，然后把混合物递给了他的同事、胃肠病学家巴里·马歇尔（Barry Marshall），马歇尔毫不犹豫一饮而尽。三天后，马歇尔感到恶心，并开始呕吐。在忍受了几天不适的症状后，他开始服用抗生素来杀死胃里的细菌。其实在“豪饮”之前，马歇尔就推测这种细菌能够引起急性胃炎和胃溃疡，胃镜检查证实了他的猜测：幽门螺杆菌在胃里作妖。这项著名的自证实验，最终使马歇尔和罗宾·沃伦获得了2005年的诺贝尔生理学或医学奖[2-3]。




弯曲状的幽门螺杆菌。（By Yutaka Tsutsumi, M.D.Professor, Department of Pathology Fujita Health, University School of Medicine - Copyrighted free use, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=535442）

带来“诺奖荣誉”的幽门螺杆菌其实是一种革兰氏阴性菌，它们通常以覆盖并保护着胃和小肠内壁的粘膜层组织为家。对大多数人来说，它不会引起溃疡和别的症状，但有时候，幽门螺杆菌进入身体后会侵袭胃内壁。胃内壁是一个重要的隔断层，隔断胃酸和别的组织，当幽门螺杆菌对胃内壁造成足够的破坏，胃酸就会透过胃内壁，造成溃疡，还可能会引起出血、感染，或阻止食物通过消化道。有研究称，90%以上的十二指肠溃疡和80%以上的胃溃疡都是幽门螺杆菌引起的，这种细菌还被认为与胃癌有关关[4]。

接触受污染的食物，水或器皿会感染幽门螺杆菌，这在缺乏洁净的水或良好排水系统的国家或社区中比较常见。直接接触感染者的唾液、呕吐物或粪便，也会感染、传播幽门螺杆菌，接吻和共用餐具便是两种常见的传播方式。在欧美等国家，幽门螺杆菌的携带率比亚洲国家低，这与用餐习惯有很大关系——分餐制在一定程度上阻断了这种微生物在人际之间的传染。也有研究称，幽门螺杆菌有家族遗传性，主要是由母亲遗传给下一代。





分餐有利于隔断幽门螺杆菌传播。（来源：unslplash.com）

分餐有利于隔断幽门螺杆菌传播。（来源：http://unslplash.com）



幽门螺杆菌陪伴人类已久



事实上，幽门螺杆菌是人类的老朋友了——这种细菌已经存在了上万年。

1991年9月，两名德国徒步旅行者在阿尔卑斯山脉的冰川中发现了后来被认定为是最古老的自然保存的冰木乃伊—— “冰人奥茨（Ötzi）”。“冰人”估计死于五千年前，科学家们利用非侵入性诊断和基因组测序等高科技研究了他神秘的过去。目前已经可以确定，“冰人”在45岁左右死亡，身高约1.60米，重50公斤。为了研究他的饮食习惯，科学家解剖了他的胃一探究竟：除了最后一餐食物的残渣外，胃里还发现了幽门螺杆菌，且菌株似乎与今天在中亚和南亚发现的致病性亚洲菌株最为相似[5]。

作为人类最常见的致病菌之一，幽门螺杆菌和它的人类宿主一起分布在全球，形成了一个独特的分布模式，科学家可以利用这种模式来重建人类迁徙的历史。例如，现存的欧洲幽门螺杆菌种群是亚洲和非洲细菌的杂交体，但关于杂交发生的时间和地点存在不同的假设，反映了欧洲人复杂的人口历史。“冰人”幽门螺杆菌几乎是亚洲起源的细菌种群杂交前就存在于欧洲的纯粹代表，这表明非洲人口在过去的几千年里就到达了欧洲[5]。




冰人奥茨（来源：wikipedia.com）

目前，高度重组的幽门螺杆菌已非常适应人类胃里的酸性环境。一项新的研究表明，幽门螺杆菌的遗传变异使疫苗研制变得很复杂。同时，它的易变性使其能够不断适应酸性环境所带来的挑战，从而建立一种持续的感染，如果不加以治疗，这种感染可能是终生的[6]。




幽门螺杆菌：杀还是留



目前，检测幽门螺杆菌的方法有侵入性和非侵入性检测两大类。侵入性的检测主要依赖胃镜，包括快速尿素酶试验、胃黏膜组织切片染色镜检和细菌培养。非侵入性检测包括13C 或14C 呼气试验、血清幽门螺杆菌抗体、粪便幽门螺杆菌抗原检测[7]。在检测确定感染幽门螺杆菌后，如果有幽门螺旋杆菌引起的溃疡，需要通过治疗杀死病菌，从而治愈胃内壁，防止溃疡复发。通常需要1到2周的治疗才能好转。


医生会根据具体情况使用以下几种不同类型的药物：

▪ 抗生素：用来杀死体内的幽门螺杆菌。一般需要至少两种抗生素（目前中国的医院最常开的药物是胶体果胶铋、雷贝拉唑、阿莫西林、克拉霉素和甲硝唑等）。为什么要采用多种抗生素? 传统观点认为，一种抗生素杀不死细菌，通常要同时使用至少两种抗生素。

▪ 通过抑制质子泵(proton pump)来减少胃酸含量的药物，包括右兰索拉唑（Dexilant），埃索美拉唑（Nexium），兰索拉唑（Prevacid），奥美拉唑（Prilosec），泮托拉唑（Protonix）或雷贝拉唑（Aciphex）。

▪ 碱式水杨酸铋，它也可以协助抗生素杀死幽门螺旋杆菌。

▪ 阻断组胺（anti-histamine）的药物，因为组胺会促使胃酸分泌。这些药物包括西咪替丁（Tagamet），法莫替丁（Fluxid，Pepcid），尼扎替丁（Axid）或雷尼替丁（Zantac）。

治疗方案有可能意味着每天服用14粒或更多的药片，持续好几周。遵循医嘱非常重要。如果没有用正确的方式服用抗生素，体内的幽门螺杆菌就可能产生抗药性，这会使感染更难治疗。完成治疗后大约1-2周，可以再次进行测试呼吸或粪便检测，以确保彻底清除了感染。

随着人类对抗生素的过度使用，用于清除幽门螺杆菌的常用抗生素往往不能成功地在耐药患者中根除该菌：约有20%的人一次杀菌往往不会成功，还需要调整抗生素进行二次杀菌。而且人们服用抗生素治疗幽门螺杆菌，也会顺带杀死部分有益健康的细菌。有研究称，在服用抗生素来治疗幽门螺杆菌感染的同时，如果搭配服用益生菌，那么根除幽门螺杆菌的可能性就更大，而抗生素对胃肠道的负面影响也更小。另外，一些食物疗法称，食用蜂胶、西蓝花嫩芽（broccoli sprouts）、大蒜等也可以辅助治疗幽门螺杆菌感染[8]，但食物疗法还有待获得更多数据支持。

但是，对幽门螺杆菌赶尽杀绝究竟是不是好事？有研究称，就在病菌消退的同时，其他健康问题也出现了。自上世纪50年代以来，患有过敏、哮喘或自身免疫性疾病的患者数量激增。人和大量的微生物共享着自己的身体，人类的微生物群落（一种我们身上和体内微生物的复杂生态）在健康中扮演着重要的角色，尤其是对免疫和新陈代谢而言。纽约大学的传染病专家马丁·布莱泽（Martin Blaser）认为，肥胖、哮喘和食管反流患者人数的增加是扰乱微生物群的结果。他在《消失的微生物》（Missing Microbes）一书中指出，虽然抗生素挽救了无数人的生命，但它们是对我们微生物群的一种攻击，幽门螺杆菌的消失，将导致哮喘和肥胖等疾病的增加[9]。




马丁·布莱泽《消失的微生物》（Martin Blaser：Missing Microbes）

布莱泽是最早注意到幽门螺杆菌可能对人类也有益处的科学家之一。当他看到有关胃溃疡患者的数据时，他联想到了它积极的方面，即胃溃疡患者很少患心脏病或食道癌。另一方面，体内没有幽门螺杆菌的人不会出现很多溃疡，但更有可能出现胃灼伤和反流问题，有时甚至会导致癌症。如今，就连前面提到的因为幽门螺杆菌的发现而获得诺贝尔奖的马歇尔也看到了幽门螺杆菌的“两面性”——危险和有益。他表示幽门螺杆菌在人的胃里并非只是作怪，有时也会充当有益的居民。它们会略微抑制免疫系统，协助减少过敏的概率，这样你就不会那么容易哮喘和面对花粉、麦麸或花生时产生过度的反应[9]。

不过，如果幽门螺杆菌已经给宿主造成了破坏，如引发溃疡，那就必须接受治疗了。

参考文献
[1] https://www.statnews.com/2017/02/27/who-list-bacteria-antibiotic-resistance/ 。
[2]https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/when-scientists-experiment-on-themselves-h-pylori-and-ulcers/
[3]https://www.newscientist.com/article/mg12617163-300-science-can-you-catch-an-ulcer/
[4] https://www.cdc.gov/ulcer/files/hpfacts.PDF
[5] Frank Maixner, Ben Krause-Kyora, Dmitrij Turaev, et al. The 5300-year-old Helicobacter pylori genome of the Iceman[J]. Science, 351(6269), 162-165.
[6] Sandra Nell, Iratxe Estibariz, Juliane Krebes, et al. Genome and Methylome Variation in Helicobacter pylori With a cag Pathogenicity Island During Early Stages of Human Infection[J]. Gastroenterology, 2017; DOI: 10.1053/j.gastro.2017.10.014.
[7] http://gi.dxy.cn/article/521065.
[8] Kafshdooz T , Akbarzadeh A, Majdi Seghinsara A, et al. Role of Probiotics in Managing of Helicobacter Pylori Infection: A Review[J]. Drug Res. 2017, 67(2): 88-93.
[9] 马丁·布莱泽 著, 傅贺 译. 消失的微生物[M]. 湖南科学技术出版社, 2016, 8.

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沃尔巴克体
【多图预警，存在令人不适的发病图片】
作者：
花落成蚀
原出处：果壳网
原文链接：
微生物木马，控制蚊子的秘密武器？

2014年，广东省爆发了中国历史上最严重的登革热疫情，到11月2日为止确诊病例43010例，超过历史病例总和。虽然入冬以来疫情已经趋于稳定，但是明年依然有卷土重来的可能——为此，广州市准备明年春季在南沙区沙仔岛试验一种新的控制方式：放蚊子。

咦？防控登革热的唯一方式就是和蚊子死磕，为什么反而要放蚊子？

这是因为它们不是一般的蚊子，这些“益蚊”身上携带着一件秘密武器——名为“沃尔巴克体”（Wolbachia）的微生物。理论上，这些不会盯人的雄蚊和未感染沃尔巴克体的雌蚊交配后，雌蚊不能生育，于是卵细胞会被浪费掉；而等到雌蚊也感染了这种细菌时，它们就能够正常生存繁衍下去，而且能对登革热病毒产生一定“免疫力”。如果实验成功，会比单纯消灭蚊子效果还要好，因为外来的蚊子现在就很难挤进来了。
而这个沃尔巴克体，可是一种了不得的微生物。它的演化史可能只有不到一亿年，但这小小的一个属，以蛮横的传播方式，至少征服了十分之二的昆虫，席卷了整个地球，甚至还创造了新的物种——一切都源于它对宿主的操控能力。

沃尔巴克体属于广义细菌，是一种立克次氏体，1924年，在尖音库蚊（Culex pipiens）中首次发现，当时觉得它只不过是又一种寄生生物而已。20多年后，科学家又发现库蚊属中常出现种内的生殖不亲和现象，明明是同一个种，交配后就是无法产下活的后代。又过了20年，科学家无意中发现，通过使用抗生素杀灭库蚊体内的沃尔巴克体，可以治愈种内生殖不亲和——原来这不起眼的小细菌居然是不育的元凶。

沃尔巴克体能通过细胞质来“遗传”。它们藏身于大个子的卵细胞当中，就像是线粒体等细胞器一样，被留给了下一代。雄性感染者的精子也被动了手脚。它们若是和同样被感染了的雌性交配，能够传宗接代；但要是和没有感染的雌性交配，就会出现细胞质不亲和，不会开花结果，简直比大铁棍子医院还省事儿。这样的传播方式是异常排他的，其结果必然是沃尔巴克体寄主越来越多。有科学家曾在实验室种群里做过传播实验，只要短短的数代，整个种群中感染者的比例就能达到100%。



沃尔巴克体甚至能把自己的DNA片段转移到无脊椎动物的细胞核里。Nicolle Rager Fuller, National Science Foundation

这样的情况是如何产生的？有一种解释是：沃尔巴克体能给寄主的精子上一把连接着炸弹的锁，同时在卵细胞中留下钥匙，只有正确的钥匙才能打开锁，否则受精过程会毁掉精子和卵子。但这样的修饰是如何实现的，还有待研究。人们唯一确定的是，出现了细胞质不亲和的受精卵，有丝分裂会出现问题（于是，沃尔巴克体成了细胞生物学家的爱物）。

除了造成细胞质不亲和之外，沃尔巴克体还有几种控制宿主生殖的方法。诱导宿主孤雌生殖的能力，在它们当中出现了很多次，其中最好的例子是它们能让赤眼蜂（Trichogramma）产生可用抗生素“治好”的孤雌生殖能力。它们还能让雄性雌性化，控制普通鼠妇（Armadillidium vulgare）遗传上的雄性成为表现型上的雌性。它们甚至是调控某些昆虫种群内的雌雄比例。这些小混蛋真是把别人的性别玩弄于鼓掌之中。

但是光操纵昆虫的生殖和性别也太小儿科了，它还能干出更大的事情，比如寻找木马，入侵更大的生物。


在非洲有一种可怕的疾病叫做河盲症，一直以来被人当做寄生虫病。病原体盘尾丝虫会像恐怖片一样钻入人类的眼球当中，导致永久失明。疫区内常常会出现小孩领着一群失明成年人行路的情景。为了躲避这种疾病，许多肥沃的土地被抛弃，人们不得不背井离乡。



河盲症疫区内的惨状。Otis Historical Archives Nat'l Museum of Health & Medicine



和很多寄生虫不一样，盘尾丝虫的生活史是个闭环。它们生于人类的身体，成长于中间宿主蚋（Simulium）的体内，最终又回到另一个人类的身体当中。盘尾丝虫的雌性成体，在人类的体内可以活上15年，一生最多能生产出3000多个幼体。幼体称作微丝蚴，它们会进入循环系统，过上一、两年“自由”的生活，期待命运带来一只疯狂吸血的雌蚋，好在后者体内进入生命的下一阶段。若这只雌蚋和体内的寄生虫运气足够好，它们还能再找到一个人类，盘尾丝虫的幼虫就有可能进入它们唯一的终末宿主人类的体内，最终成年。

身为寄生虫已经让宿主很难受了，但是这还不算什么。能够抵达盘尾丝虫“虫生”巅峰的个体当然只是少数，剩下的微丝蚴会死在人体中，裂解的身体会释放出一种有害的物体——这才是最可怕的东西，会导致人体出现严重的炎症以及发痒、水肿等皮肤病变。若微丝蚴钻入人的眼球当中，它们体内的有害物也会导致眼球的病变，长此以往，人就瞎了。


河盲症患者的眼睛。Pak Sang Lee, Community Eye Health Journal



而这个有害物体，就是沃尔巴克体。

自从人类发现了丝虫体内原来另有元凶，新的战术——抗生素治疗出现了。丝虫本身不怕抗生素，但沃尔巴克体怕。体内没有这种细菌的微丝蚴对寄主的毒性低，不再有致盲的能力；人们甚至发现，缺失了沃尔巴克体的盘尾丝虫甚至生活都不能自理，不再能繁殖和生存。

同样的事情，也发生在其他几种丝虫造成的寄生虫疾病上。象皮病的病原体血丝虫体内也有沃尔巴克体，它们与血丝虫造成的破坏也显著相关。使用抗生素之后，沃尔巴克体被杀灭，血丝虫也不能存活。因此，用抗生素对抗象皮病或许也是个办法。



《贝尔维尤的维纳斯》，摄影师Oscar G. Mason最著名的作品之一，拍摄的是一位身患象皮肿的妇女。

看起来，沃尔巴克体似乎是在和这些丝虫共生，合体成为致命的寄生虫。它们的关系何以如此恩爱？为何配合起来残害人类时如此无间？答案不是很清楚。但一些证据显示，沃尔巴克体与这些丝虫的演化、新种的产生，有那么一些关系。或许就是这种关系，让丝虫成为了装载士兵的木马，攻入了人体这座伊利昂大城。

近二十年来，借助PCR等迅猛发展的生物化学工具，人类发现到沃尔巴克体的分布远比之前所想的要广泛。有统计显示，不同地区的昆虫，一般都有16-22%的感染率，陆地等足动物约有35%的感染率，捕食螨的感染率甚至可达60%——要知道，沃尔巴克体仅仅是一个属，居然能在节肢动物门、线虫动物门两个门、数个纲中造成如此广泛的感染，这些数字实在是让人惊奇。

沃尔巴克体拥有强悍的横向传播能力，昆虫间的捕食、寄生、血液接触等活动，都有可能导致细菌在种间的感染。例如，广赤眼蜂（T. evanescens）体内含有的沃尔巴克体，同宿主麦蛾重合度就非常高。这样的横向传播，无疑会增加这种细菌传播的速度和广度。

但沃尔巴克体真的就一定会对宿主带来伤害么？

答案显然是否定的。有些时候，这些寄生细菌会表现出活雷锋的一面，增强宿主的繁殖力——这似乎和人们最早认识的那种沃尔巴克体迥然不同。曾有人拿突眼蝇做了个实验，若是去除了它们体内的沃尔巴克体，雄性倒不会不举，但生殖能力会大幅下降。至于杂拟谷盗（Tribolium confusum）就更喜感了。若是携带沃尔巴克体的雄性和不携带的雄性都和同一个雌性交配，前者的精子在细菌的加持之下会变得异常生猛，几乎霸占所有的卵细胞。最为神奇的例子来自于果蝇。生物学家们经常 “玩坏”果蝇，曾有人发现，沃尔巴克体甚至能部分挽回被辐射破坏的繁殖能力。


感染了沃尔巴克体的果蝇细胞的共聚焦显微图像，图中红色的是细胞核，绿色的是沃尔巴克体。scienceblogs.com.br


在这种情况下，我们该说沃尔巴克体是一种寄生菌，还是共生菌呢？这家伙帮宿主提高生殖力，除了让自己传播得更广，就没有别的目的了么？

有个例子显示，至少部分沃尔巴克体，在演化中会变得对宿主更有利。

20世纪80年代中旬，美国人在加州南部的拟果蝇（Drosophila simulans）体内发现了沃尔巴克体，并且确认在北方没有。短短十年不到，这脉支系向北冲了700多公里，所有这一切，靠的只是自然传播。伴随着快速传播的，是属性的改变。一开始它们除了会造成细胞质不亲和，还会导致雌性的繁殖力下降15-20%。但20年之后，情况反了过来，它们反而能让宿主多产下10%的卵。

此外，沃尔巴克体会造成新种的产生，它们是推动演化的发动机，拥有强劲的动力。
吉氏金小蜂（Nasonia giraulti）和长角丽金小蜂（N. longicornis）是关系特别近的近亲，它们在一起时根本就把持不住，会不由自主的交配。但悲惨的是，子代中的雄性都会死去，永远不会有喜当爹或是让别人喜当爹的可能。但是，如果我们（再一次）使出抗生素这个大招，吉氏金小蜂同丽蝇蛹集金小蜂的杂交后代都能够存活下来。如果这还不能让你相信沃尔巴克体造成了它们之间的生殖隔离，我们还能让能互相交配的不带菌的两种金小蜂重新感染各自的沃尔巴克体，生殖隔离立马会上演“王者归来”。这两个物种，根本就是因为同一祖先体内出现了不同的沃尔巴克体而产生了生殖隔离，生生的变成了两个种。


在害虫防治时，有这样一种可行的思路：让精子无活性但还能完成交配的雄性，去祸害野生的雌性，浪费掉珍贵的卵细胞。看起来，常常会对精子动手脚的沃尔巴克体，似乎能这样利用。但实际上，这种细菌可以做的事儿远比这要多。

它们很可能拥有成为人类抵御登革热、疟疾等疾病的坚盾与利剑。

近五年内，人类发现沃尔巴克体能够帮助昆虫抵御单链RNA病毒，它们能够干扰这些病毒的复制，从而保护宿主。于是，有研究者脑洞大开：登革病毒也是单链RNA病毒，沃尔巴克体是否也有效呢？结果还真的给蒙中了。给携带了沃尔巴克体的埃及伊蚊喂食富含登革病毒的血液，7天、14天时的阳性比例分别只有5%和8%。而在相同情况下，未携带沃尔巴克体的埃及伊蚊7天、14天时的阳性比例高达70%、75%。

更为主动的一个成就，来自于中山大学中山医学院。那儿的研究人员主动筛选出了合适的菌株，将其注射进传播疟疾同时难以感染沃尔巴克体的按蚊卵内，成功让这些害虫稳定的带上了“镣铐”。这样处理的按蚊，虽然还是会传播疟疾，但是效率大大降低。

除此之外，利用沃尔巴克体的思路还有很多。让害虫天敌寄生蜂进行孤雌生殖，繁殖的更快？没问题。让沃尔巴克体降低害虫的寿命和繁殖力？也可以。这些方法，都有人研究，但都离实际运用有那么一点距离，实验也需要谨慎为之。不过，这二十年来科学界对这种小小的微生物兴趣越来越大。在未来10年内，有关沃尔巴克体利用的研究，或许会越来越多。

沃尔巴克体在科研领域内特别红，近几十年内一大批科学家围绕它做了许多研究，它有成为一种模式生物的趋势。在美国，有科学家开展了一项名为Wolbachia Project的项目，号召中学生运用学校里可以用到的分子生物学工具帮他们找沃尔巴克体。

只不过，在中文科普领域，它们还欠缺一些关注。很显然，这些怪异的“恶霸客”传奇般的特性，配得上为之大书特书。（编辑：Ent）


参考文献

• John H. Werren (1997) Biology of Wolbachia
  
• 褚栋 张友军 毕玉平 付海滨 (2005) Wolbachia属共生菌及其对节肢动物宿主适合度的影响 微生物学报
  
• 钟敏 沈佐锐 Wolbachia在我国广赤眼蜂种群内的感染 中国论文在线
  
• 宋月 王哲 刘宏岳 沈佐锐 （2008）北京地区亚洲玉米螟种群中Wolbachia超感染 昆虫学报
  
• Nina Hafer Nathan Pike （2010）Shape change in viable eggs of the collembolan Folsomia candida provides insight into the role of Wolbachia endosymbionts Zoological Research
  
• 张东京 詹希美 郑小英 （2011）利用Wolbachia控制登革热传播的研究进展 国际医学寄生虫病杂志
  
• 张海燕 张 莹 丛 斌 钱海涛 董 辉 付海滨（2009）外界生态因子对感染 Wolbachia 的松毛虫赤眼蜂生殖稳定性影响 中国农业科学
  
• Ame lie. Saint Andre Nathan M. Blackwell et al.（2002）The Role of Endosymbiotic Wolbachia Bacteria in the Pathogenesis of River Blindness Science
  
• Lauren M. Hedges Jeremy C. Brownlie Scott L. O’Neill Karyn N. Johnson (2008) Wolbachia and Virus Protection in Insects Science
  
• 董鹏 王进军（2006）沃尔巴克氏体对宿主的生殖调控作用及其研究进展 昆虫知识
  
• 潘雪红 何余容 （2011）Wolbachia在短管赤眼蜂和拟澳洲赤眼蜂种间的水平传递 西北农业学报
  
• Seth R. Bordenstein F. Patrick O'Hara John H. Werren (2001) Wolbachia-induced incompatibility precedes other hybrid incompatibilities in Nasonia Nature
  
• Mark J. Taylor Claudio Bandi and Achim Hoerauf (2005) Wolbachia Bacterial Endosymbionts of Filarial Nematodes
  
• Guowu Bian Deepak Joshi Yuemei Dong et al. (2013) Wolbachia Invades Anopheles stephensi Populations and Induces Refractoriness to Plasmodium Infection Science
  

转自：微生物木马，控制蚊子的秘密武器？
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长长的路

------------3月18日更新，重新把答案做个整理补充，顺便增加@
ichitake 提到的冰封细菌--------------
首先明确一下“微生物”这个名词的定义和范围，微生物并不是一个分类学单位而是一个泛称。维基百科对微生物的定义是：A microorganism is a microscopic living organism, which may be single celled or multicellular. 周德庆版《微生物学教程》对微生物的定义是：微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。
中科院微生物所官方网站也有相关介绍。
什么是微生物----中国科学院微生物研究所微生物的分类----中国科学院微生物研究所
一般国内教科书将微生物划分为以下8大类：细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体。
狭义的微生物只包括细菌、病毒等。
而广义的微生物也包括多细胞生物。
1、Salinella salve


Salinella salve是一种于1892年在阿根廷盐场发现的后鞭毛生物，由J. Frenzel 引种培养并记录。Salinella salve介于单细胞和多细胞之间，由单层细胞组成。以躯体横向的分裂进行无性繁殖。其特征在于明显的前部和后部，具有浓密的纤毛，特别是在“口”和“肛门”处。
它谜一样的特征使它无法归类于任何已知物种，科学家不得不把它单列一门：单胚动物门（Monoblastozoa），也称为胚叶动物门、囊胚样动物门。Salinella salve也因此有幸获得了一个物种独占一门的“殊荣”。
不过最神奇的还在后面，这种生物只发现了一次，之后的一个多世纪里人们再也没找到过Salinella salve，甚至连它是否真的存在都开始被怀疑，这个奇特的生物可能永远都会是一个谜。
2、冰封12万年的史前细菌


刚才
ichitake 补充的格陵兰超过3000m深度冰盖下的史前细菌。
2008年科学家在冻结长达12万年之久的格陵兰冰层中发现了Chryseobacterium greenlandensis，这些细菌从更新世开始就存在于此，由于处于低温环境，这种细菌显然在很长时间里没发生任何变化。发现它的科学家无法确定它们的新陈代谢是不是已经停止，或者只是放慢了速度。
    宾夕法尼亚州生物化学家詹妮弗·拉夫兰·克兹说：“这些冰里可能存在一些新陈代谢作用。如果它们正在发生变化，变化速度也将非常缓慢，它们大约需要100或1000年，才会产生一个新品种。”当有人问她，是不是她获得的样本没被分类，是不是这些细菌已经通过假死，幸存了12万年，拉夫兰·克兹回答说：“目前我还不清楚。”12万年可能只是Chryseobacterium greenlandensis生命的一个阶段。宾夕法尼亚州的微生物学家吉恩·布伦赫雷说：“冰核下面是冰川与地面摩擦形成的沉积物。目前我们还不清楚这些微生物是不是通过降雪落到这里，后来被积雪封所在内部，或者它们是起源于永久性冻结带，而且已经在那里生活了数百万年。”


冰封古细菌其实为数不少，很多人对它们的生存能力十分向往，不过最近一个俄罗斯人真给自己注射了史前冰封细菌，兴许是伏特加喝多了吧。
如何看待“俄罗斯科学家注射史前细菌，有望解开「长生不老」之谜”的新闻？ - 医学
3、西伯利亚冰封古病毒
说了冰封古细菌就不能不说冰封古病毒。2014年5月，法国科研团队在俄罗斯远东楚科奇自治区的冻土发现了一种3万年前的史前病毒，将其命名为Pithovirus sibericum，中文译名为“西伯利亚阔口罐病毒”。这种病毒的体型极为巨大，这直径超过0.5微米，甚至可在光学显微镜下直接观察到，与其它两类超大型病毒有很大的不同，是目前人类已知的第三种超大型病毒。


Pithovirus sibericum还当过《瘟疫公司》剧情游戏的主角，1.8时推出的新剧情病毒就是以它为原型的，也许是因为它生存的年代正是史前人类尼安德特人灭绝之时，所以游戏中被设定成了有把人类变成尼安德特人的特殊能力，真是脑洞大开。




4、尼龙菌
这种奇异的生物只是一种不能分解糖的细菌。 Flavobacterium, Sp. K172 ，也叫 “尼龙菌”。 1975年在一个废水池中由日本科学家发现。（勤劳的日本科研员， 你说他们怎么会去废水池捞东西的？ 难道是找忍者神龟？） 它所分泌的酶只可以消化尼龙。而尼龙， 是一种在1935年才出现的人造材料。
也就是说， 这是一种在1935年后才进化出现的微生物！
5、抗辐射奇异球菌
抗辐射奇异球菌(学名为：Dienococcus radiodurans)发现于近50年前，科学家在一个经过辐射杀菌但仍然腐坏的绞肉罐头中发现了这种细菌。在高剂量的辐射下，这种细菌的基因组会出现分解，但之后又能迅速、准确地组合回去。
D. radiodurans被吉尼斯世界纪录认定为“世界上最耐受辐射的生命形式”，这种单细胞生物能忍受的辐射量是人类的3000倍。科学家对D. radiodurans很感兴趣，这些微生物抵抗辐射的机制或许能为我们抵挡从放疗副作用到太阳照射等各种形式的辐射暴露提供启发。
6、有听觉的微生物
听觉的形成对于动物进化而言有着里程碑一样的重要意义。那么，作为低等原核生物的细菌呢？2005年，科学家首次发现一种寄生于肠道内的病原体——粪肠球菌（Enterococcus faecalis）具有一套独特的声纳系统，它能“听”到其它微生物或细胞的接近，并立即释放毒素杀死它们。
7、超级细菌
超级细菌，是指那些由于长期被滥用抗生素的病人体内产生的超级抗药性的细菌，近年来陆续发现的超级细菌(Superbug)有：在美国发现的抗药性金黄色葡萄球菌（MRSA）可以抵抗最强力的抗生素和药物，并能够引起各种感染；在法国发现的耐万古霉素肠球菌（VRE），因突破了人类当前对付细菌感染的“最后堡垒”——万古霉素防线而得名。
8、嗜油菌
Alcanivorax borkumensis是一种杆状细菌，在清理阿拉斯加州和西班牙附近的地中海海域的漏油过程中均扮演了重要角色。(阿拉斯加曾发生“埃克森·瓦尔迪兹”号油轮原油泄漏事故，西班牙附近的地中海海域则发生过“威望”号油轮原油泄漏事故。)虽然一直以来数量不多，但在墨西哥湾发生漏油事故之后，这种细菌却也一片旺盛。它们能够分解构成石油的链烷，同时也能传播一种生物分散剂，帮助其他细菌“饱餐”石油中的其他成分。目前，科学家正试图通过基因改造，让这种嗜油菌加快吃油步伐，使其成为战胜漏油的超级细菌。但到目前为止，他们还没有取得进展。