当细菌饿到极限，会选择“刺杀”邻居

【导语】在饥饿的微观世界里，细菌展现出了令人震惊的生存策略。科学家最新发现，某些原本无害的细菌在资源极度匮乏时，会启动六型分泌系统（T6SS），将带毒素的“分子鱼叉”刺入邻居体内，通过杀死并瓦解周围细胞来获取生存所需的营养。这种行为不仅挑战了我们对细菌的传统认知，还为微生物生态学增添了一个新类别——条件捕食者。这一发现不仅重塑了我们对微生物生态系统的理解，也为抗生素研发、碳(tàn)循环研究乃至农业与人类健康提供了新的研究方向。

在显微镜下，细菌安静地分裂、生长、聚集成群，似乎与世无争。然而，如果你把这些看似温和的细菌放到一个资源枯竭的微观荒原中，情形就大不一样了。

科学家最近发现，在营养极度匮乏时，某些原本无害的细菌会突然黑化，启动一种纳米级别的攻击系统——六型分泌系统（T6SS），将带毒素的分子“鱼叉”刺入邻居体内。不是为了防御，也不是为了扩张地盘，而是为了生存。它们用这种方式杀死、瓦解周围的细胞，再从尸体中一点点吸取生命所需的营养。

细菌攻击其他细菌示意图（图片来源：作者使用AI生成）

这不再是单纯的微生物战争，而是一种被饥饿逼出的营养掠夺策略，甚至可以视为细菌世界中的非常规捕食。研究人员用时间序列成像和稳定同位素示踪等手段，首次直接观察并证实了这一行为的存(cún)在。

T6SS——细菌的“分子鱼叉”

细菌没有牙齿，也不会动手动脚，它们靠什么“杀死邻居”？答案是：一套叫做“T6SS”的分子机器。

T6SS，全称Type VI Secretion System，六型分泌系统，是一种形似细菌噬菌体尾针的纳米级武器。它的原理相当于一把弹簧驱动的鱼叉枪，当目标靠近时，攻击者细菌迅速伸出这套蛋白质装置，将毒素针头猛地刺入对方体内，释放出杀伤性的酶类或膜破坏因子。这一系统最初被认为是细菌之间竞争空间和资源的武器，类似微观世界的冷兵器。

噬菌体(左，刺入细胞)与T6SS(右，刺出细胞)作用示意图（图片来源：参考文献[1]）

但在2025年发表于《科学》（Science）的这项研究中，科学家们发现T6SS的用途远比我们想象的更原始也更残(cán)酷(kù)。在(zài)碳(tàn)源(yuán)极(jí)度(dù)匮(kuì)乏(fá)的(de)环(huán)境(jìng)下(xià)，研(yán)究团队观察到本来对环境温顺适应的细菌——比如鳗弧菌（Vibrio anguillarum）和霍乱弧菌（Vibrio cholerae），会主动启动T6SS系统攻击邻近的其他细菌，比如环养弧菌（Vibrio cyclitrophicus）或大肠杆菌。它们不是为了清除对(duì)手(shǒu)、占(zhàn)领(lǐng)地(de)盘，而是为了获取生存所需的营养物质，如氨基酸、核苷酸等基础小分子。

这种行为是否是偶发还是某种策略？为了验证，研究人员用遗传工程关闭了这些细菌的T6SS系统，然后将其放入极度缺乏碳源的环境中。结果很明显，那些无法启动T6SS的细菌，很快就因饥饿而死亡；而那些保留T6SS功能的细菌，则通过杀邻居维持了自己的缓慢生长。进一步的稳定同位素标记实验还表明，这些攻击性细菌确实摄取了来自被杀细胞的营养，证实了这是一个真实且高效的营养获取路径。

带有T6SS鳗弧菌（青色）与环养弧菌（品红色）共培养24小时鳗弧菌充满腔室（图片来源：参考文献[2]）

过去我们常将细菌分为自养、异养、寄生或共生等类型，如今，这种以杀邻摄食为目的的T6SS行为，或许为微生物生态学增添了一个令人震惊的新类别——条件捕食者。它们不常猎食，但在生死边缘时，毫不犹豫地化身杀手。

比“快杀”更聪明——慢性裂解与生态策略

在微观世界中，杀死邻居并不意味着立刻开吃就是最优选择。研究人员惊讶地发现，细菌的杀邻行为并不急于求成，反而采取了一种慢性裂解策略，从而实现了营养吸收的最大化。

在实验中，攻击型细菌通过T6SS系统注入毒素后，被攻击者并不(bù)会(huì)瞬(shùn)间(jiān)爆(bào)裂(liè)死(sǐ)亡(wáng)，而(ér)是(shì)经(jīng)历(lì)一(yī)个(gè)从(cóng)杆(gān)状(zhuàng)变(biàn)成圆形、细胞膜逐渐漏液的过程。在营养贫乏的条件下，这个过程可以持续超过一个小时。染色实验显示，这些变圆的细胞会逐渐吸收染料，表明其膜结构已经变得松散但尚未完全破裂。

为什么细菌要慢慢杀？数学建模给出了答案，如果细胞瞬间破裂，释放的营养物质会瞬时浓集，远远超过攻击者细菌表面转运蛋白的吸收上限，导致大量营养流失；而若细胞缓慢裂解，营养可以以更接近细菌(jūn)摄(shè)取(qǔ)极(jí)限(xiàn)的(de)速(sù)度(dù)释(shì)放(fàng)，使(shǐ)摄(shè)取(qǔ)更(gèng)高(gāo)效(xiào)。模(mó)型(xíng)显(xiǎn)示(shì)，在(zài)合(hé)理(lǐ)的(de)生(shēng)理(lǐ)参(cān)数(shù)范(fàn)围(wéi)内(nèi)，慢(màn)性(xìng)裂(liè)解(jiě)的(de)营(yíng)养(yǎng)吸(xī)收(shōu)效(xiào)率(lǜ)可达瞬时裂解的2至50倍。

而为了适应这种杀邻摄食生活方式，这些细菌甚至在基因层面也发生了进化。研究团队比较了6,000多个弧菌属细菌的基因组，发现那些(xiē)携(xié)带(dài)T6SS系(xì)统(tǒng)的(de)菌(jūn)株普遍缺乏分解复杂碳源（如藻酸盐）的代谢酶。也就是说，这类细菌并不擅长从环境中“吃粗粮”，而是依赖直接从其他细胞中获取“营养精华”。这是一种资源获取方式的演化偏好，也表明T6SS的作用早已超越竞争，是一种真正的生态“采食”机制。

携带T6SS系统的菌株普遍缺乏分解如藻酸盐复杂碳源的代谢酶（图片来源：参考文献[2]）

总(zǒng)结(jié)

这(zhè)项(xiàng)研(yán)究(jiū)让(ràng)我(wǒ)们(men)看(kàn)到(dào)了(le)细(xì)菌(jūn)另(lìng)一(yī)面(miàn)，它(tā)们(men)也(yě)可(kě)以(yǐ)在(zài)饥(jī)饿(è)中(zhōng)变(biàn)得(de)冷酷，为了活下去而刺杀身边的同类。这种行为介于传统意义上的捕食和共生之间，却又独具演化逻辑和生态意义。

理解这些微观机制，不仅能帮助我们重塑对微生物生态系统的认知，也为抗生素研发、碳循环研究乃至农业与人类健康开辟了新的研究方向。微观世界从不简单，哪怕是一个“饿疯了”的细菌，也可能掌握着改变生态(tài)平(píng)衡(héng)的(de)钥(yào)匙(shi)。

参(cān)考(kǎo)文献(xiàn)：

[1] Ho, Brian T., Tao G. Dong, and John J. Mekalanos. "A view to a kill: the bacterial type VI secretion system." Cell host & microbe 15.1 (2014): 9-21.

[2] Stubbusch, Astrid KM, et al. "Antagonism as a foraging strategy in microbial communities." Science 388.6752 (2025): 1214-1217.

[3] Peterson, S. Brook, Savannah K. Bertolli, and Joseph D. Mougous. "The central role of interbacterial antagonism in bacterial life." Current Biology 30.19 (2020): R1203-R1214.

[4] Coulthurst, Sarah. "The Type VI secretion system: a versatile bacterial weapon." Microbiology 165.5 (2019): 503-515.

[5] Hernandez, Ruth E., Ramses Gallegos‐Monterrosa, and Sarah J. Coulthurst. "Type VI secretion system effector proteins: effective weapons for bacterial competitiveness." Cellular microbiology 22.9 (2020): e13241.

作者丨邵文亚 福建医科大学副教授；杨超博士

审核丨赵宝锋博士 辽宁生命科学学会