內(nèi)容如下：在夏威夷浩瀚無邊的海面上，月光透過海面照亮了海底世界。從海底往上看，海水中有很多陰影，這是各種海洋生物的影子。海底暗處的獵食者們就是靠這些月光下的陰影來捕食的。但是，有一種動物在月光下會發(fā)出熒光，就像一個個光團(tuán)，沒有影子的它們自然能夠從獵食者口中逃脫。

　　夏威夷短尾魷魚和費(fèi)氏弧菌

　　其實(shí)上面故事提到的光團(tuán)是夏威夷短尾魷魚（下文簡稱短尾魷魚），它自己并不能發(fā)光，那場魚口逃生的大戲是它和另一種能夠發(fā)光的微生物-費(fèi)氏弧菌聯(lián)袂上演的。

　　它們倆之間是一種互利共生的關(guān)系，短尾魷魚給費(fèi)氏弧菌提供了一個專屬的棲身之所——它的發(fā)光器官，這里只適合費(fèi)氏弧菌生長，不適合其它細(xì)菌生長。

　　費(fèi)氏弧菌為短尾魷魚做的主要是在發(fā)光器官內(nèi)發(fā)出熒光，當(dāng)夜晚來臨時，它的熒光能消除掉月光照到短尾魷魚身上產(chǎn)生的陰影，模糊掉短尾魷魚天敵的視線，提高短尾魷魚活下來的概率。

　　費(fèi)氏弧菌幫助短尾魷魚消除陰影的一些細(xì)節(jié)很有意思，因?yàn)闊o論是白天還是夜晚，短尾魷魚體內(nèi)都有費(fèi)氏弧菌，但是短尾魷魚體內(nèi)的熒光只有在夜晚費(fèi)氏弧菌的濃度積累的比較高時才會產(chǎn)生，當(dāng)度過漫漫長夜之后，短尾魷魚又會將體內(nèi)的大部分費(fèi)氏弧菌排出體外，避免消耗過多的營養(yǎng)，再到第二天晚上時，費(fèi)氏弧菌積累的量又足以散發(fā)熒光了，如此周而復(fù)始。

　　那么，費(fèi)氏弧菌是如何實(shí)現(xiàn)只在晚上短尾魷魚需要它時發(fā)光的呢？

　　秘密就是“群體感應(yīng)”

　　短尾魷魚體內(nèi)的費(fèi)氏弧菌只在晚上發(fā)熒光和一種叫做群體感應(yīng)的現(xiàn)象有關(guān)，群體感應(yīng)（群感）系統(tǒng)是一種與群體密度有相互作用的刺激和反應(yīng)系統(tǒng)，對于費(fèi)氏弧菌而言，這里的刺激和反應(yīng)就是產(chǎn)生熒光。

　　簡單來看它的群感系統(tǒng)主要有三個組分，一個是隨種群濃度升高觸發(fā)群感系統(tǒng)的信號分子，一個是能夠控制熒光蛋白表達(dá)的啟動子Plux，還有一個是能夠?qū)⒎N群密度和發(fā)熒光這兩件事關(guān)聯(lián)起來的調(diào)節(jié)蛋白LuxR。這個系統(tǒng)里L(fēng)uxR一直都存在著，費(fèi)氏弧菌的濃度較低時，信號分子的濃度也比較低，控制熒光蛋白表達(dá)的Plux一般不被使用，但是當(dāng)信號分子隨種群密度上升到一定程度和LuxR相結(jié)合后，兩者結(jié)合形成的復(fù)合體能夠激活Plux，啟動熒光蛋白基因的表達(dá)，產(chǎn)生能夠發(fā)熒光的蛋白，對外表現(xiàn)為發(fā)熒光，這就與短尾魷魚發(fā)光器官內(nèi)的費(fèi)氏弧菌在白天濃度低時不發(fā)光，晚上濃度積累的足夠高時就會發(fā)熒光的現(xiàn)象對應(yīng)起來了。

　　更簡單一點(diǎn)來介紹群感系統(tǒng)功能的話，它能夠根據(jù)費(fèi)氏弧菌密度的高低來控制整個群體的行為。

平板上發(fā)光的費(fèi)氏弧菌（來源：微生物學(xué)第14版，2015）

　　生物工程師的馭菌之術(shù)

　　如果短尾魷魚會說話，那么它一定不會吝惜自己的言語表達(dá)對費(fèi)氏弧菌群感系統(tǒng)的喜愛，但是喜歡這種群感系統(tǒng)的不只是短尾魷魚，改造微生物的生物工程師也是它的傾慕者。工程師喜歡群感系統(tǒng)的一個理由是他們可以借助群感系統(tǒng)控制微生物的行為，讓微生物成為生產(chǎn)力擔(dān)當(dāng)。

　　利用微生物生產(chǎn)對人類有益的化學(xué)品已經(jīng)很普遍，但是在和微生物打交道的過程中，工程師經(jīng)常遇到這樣一個問題，當(dāng)一種對人類有益的化學(xué)品恰好對微生物的生長有抑制時，讓微生物在反應(yīng)器中剛開始生長時就生產(chǎn)這些化合物，那這種抑制效應(yīng)就會導(dǎo)致反應(yīng)器中微生物的隊(duì)伍壯大不起來，一段時間后去收集時，最終得到的化合物就會很有限。

　　如果生產(chǎn)這些化合物的微生物能夠聽話一點(diǎn)，先把身體長好了，隊(duì)伍壯大了，再去生產(chǎn)工程師想要的化合物，那么即使這些化合物對他們的生長有抑制作用，培養(yǎng)同樣的時間后去收集這些化合物肯定能收集更多，代價(jià)無非就是反應(yīng)器中微生物的隊(duì)伍不再繼續(xù)擴(kuò)大了，但是在反應(yīng)器中微生物的數(shù)量已經(jīng)很多的條件下，這個代價(jià)誰還會在乎呢？

　　柚皮素就是這樣一種在微生物細(xì)胞內(nèi)積累會抑制微生物生長的化合物。也是一種由植物產(chǎn)生的藥用化合物，是合成大多數(shù)具有抗癌活性和抗病毒活性黃酮類化合物的前體。

柚子和柚皮素的化學(xué)式（來源：pixabay，編輯有加工）

　　如何讓微生物更聽話，壯大隊(duì)伍，長好身體后再產(chǎn)柚皮素，有些聰明的工程師顯然是從費(fèi)氏弧菌那得到了重要的啟示，工程師偷師費(fèi)氏弧菌來控制產(chǎn)柚皮素微生物的做法主要分了三步。

　　在費(fèi)氏弧菌中隨著種群密度增加能觸發(fā)群感系統(tǒng)的關(guān)鍵是信號分子，讓產(chǎn)柚皮素細(xì)菌先壯大隊(duì)伍再干活的第一步就是把費(fèi)氏弧菌產(chǎn)生信號分子的功能復(fù)制粘貼到產(chǎn)柚皮素的細(xì)菌中，讓其擁有觸發(fā)群感效應(yīng)的先決條件，從操作層面上看僅需要向產(chǎn)柚皮素的細(xì)菌中轉(zhuǎn)入一個控制信號分子合成的基因即可。

　　費(fèi)氏弧菌中群感系統(tǒng)被觸發(fā)后的行為是發(fā)熒光，能夠?qū)⑷后w密度和這一行為聯(lián)系起來的調(diào)控蛋白LuxR，所以第二步就是將LuxR編碼基因轉(zhuǎn)移到產(chǎn)柚皮素的細(xì)菌中。

　　對于產(chǎn)柚皮素的細(xì)菌來講，濃度足夠高了之后，工程師希望能夠觸發(fā)的行為是產(chǎn)柚皮素而不是像費(fèi)氏弧菌那樣發(fā)熒光，因此第三步就是將費(fèi)氏弧菌中控制熒光蛋白的啟動子Plux轉(zhuǎn)移到產(chǎn)柚皮素的細(xì)菌中，再把產(chǎn)柚皮素所涉及的基因置于它的控制之下。

　　至此，工程師就把費(fèi)氏弧菌群感系統(tǒng)中所有重要的部分都在產(chǎn)柚皮素的微生物中重構(gòu)出來了，控制產(chǎn)柚皮素細(xì)菌行為的所有外源生物元件被統(tǒng)稱為一個基因線路，只要這個線路在細(xì)菌中，產(chǎn)柚皮素的細(xì)菌就會很聽話，只有當(dāng)隊(duì)伍足夠壯大時才去生產(chǎn)柚皮素。

控制柚皮素合成的基因線路（修改自Christina V。 Dinh et al。， 2019）

　　聰明的工程師除了有一學(xué)一，還懂得舉一反三。他們還設(shè)計(jì)出了新的群感系統(tǒng)?；谛碌娜焊邢到y(tǒng)的基因線路能夠?qū)崿F(xiàn)的是：當(dāng)種群密度增大時，可以讓微生物部分原本活躍的行為（像一些和柚皮素合成爭奪資源的代謝途徑）停止，將這種基因線路放到產(chǎn)柚皮素的細(xì)菌中，在種群密度增大產(chǎn)柚皮素的階段，由于有更多的資源被分配去合成柚皮素，它的產(chǎn)量還可以進(jìn)一步提高。

控制柚皮素合成競爭途徑的基因線路（修改自Christina V。 Dinh et al。， 2019）

　　總的來講，這兩種偷師于費(fèi)氏弧菌和工程師設(shè)計(jì)的基于群感系統(tǒng)的基因線路都可以幫助工程師駕馭微生物，讓它更好地生產(chǎn)柚皮素，兩種策略一起用效果最好。

　　結(jié)語

　　駕馭產(chǎn)柚皮素微生物只是一個開始，其實(shí)產(chǎn)柚皮素同類型化合物的所有微生物在未來都有可能被從費(fèi)氏弧菌那里學(xué)到的群感系統(tǒng)來控制。

　　微生物世界的豐富和復(fù)雜遠(yuǎn)超我們的想象，費(fèi)氏弧菌的群感系統(tǒng)只是冰山一角，還有更多有趣的故事等待我們?nèi)ヌ剿?。去探索吧！?dāng)你發(fā)現(xiàn)微生物世界新的秘密時，你會發(fā)現(xiàn)它也已經(jīng)為你準(zhǔn)備好了豐富的饋贈。