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共生細菌會保護宿主？

102/09/25 7494

范姜文榮｜國立臺灣大學生命科學系

聽到「共生」這個名詞，一般人可能會聯想到高人氣的小丑魚與海葵間的互利共生關係，海葵具有毒性的刺絲胞可以保護小丑魚來躲避天敵，而小丑魚則提供食物的碎屑給海葵進食。另外，也許有些人知道我們的細胞內，具有進行有氧呼吸所需的粒線體，科學家認為粒線體原本是與細菌相似的原核生物，在不知原因下進入真核細胞後，粒線體負責提供能量給細胞，而細胞提供粒線體所需的蛋白質及脂肪等。以上這些現象顯示共生在生物進化中扮演重要的角色。

由日本豐橋技術科技大學為主，並與理化學研究所、東京大學、瑞士與德國的大學等所組成的研究團隊，合作解析出生存於柑橘類的重要害蟲─柑桔木蝨¹內兩種共生細菌：韌皮部桿菌²與韌皮部桿菌新種³全部基因排列，並同時進行分子生物學、生化學、及藥理學的研究，結果發現前者是供應宿主必須胺基酸的營養共生體，後者則是會合成細胞毒素來保護宿主抵抗天敵的保衛共同體。先前所發現的共生細菌當中，從未具有防衛機能，這是首次發現生存細胞內的共生細菌，會合成毒性物質以保護宿主。

兩種共生細菌都廣泛存在於柑桔木蝨族群中，特別集中在宿主共生器官的細胞內。那些共生細菌可自柑桔木蝨親代經垂直感染至子代，使得共生細菌的基因能持續遺傳下去。然而共生過程出現基因體縮小的趨勢，其中基因體174,014鹽基對的韌皮部桿菌，僅為約500萬鹽基對模式生物-大腸菌的30分之1；基因體464,857鹽基對的韌皮部桿菌新種，僅為大腸菌的10分之1，這結果顯示這2種共生細菌如同粒線體或葉綠體一樣，呈現出與宿主生物合為一體的特徵。

韌皮部桿菌新種的發現，顛覆以往的知識，除顯示共生的進化面向外，也帶給生物學相當大的衝擊。其所合成新型防衛物質的發現過程是透過分析其遺傳基因序列，發現該遺傳基因高達全體基因的15%。經使用高效液相色譜法分離與定量標的化合物，並推測其產物結構，以及使用核磁共振與質譜儀法，解析出此化合物的詳細結構，結果發現此新型化合物與隱翅蟲⁴所合成的強力細胞毒素─隱翅蟲素⁵類似，此蛋白被命名為「代芬林⁶」。

為檢驗代芬林的生理機制，以人類與老鼠的癌症培養細胞進行藥理活性檢測，發現該化合物具有強烈抑制細胞分裂與增殖活性的功能，期待未來有助於應用在抗癌劑等醫藥開發。另從本研究解析出的特性，顯示柑桔木蝨的複合共生體系，對昆蟲宿主的生存是不可或缺的，因其不存在於周邊環境中的其他生物，專一性高，有希望開發成為新型安全害蟲防治法的有效標的。（本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿）

責任編輯：陳俊宏｜國立台灣大學生命科學系

名詞解釋：

1.柑桔木蝨 : 學名Diaphorina citri，成蟲、幼小若蟲群棲嫩枝梢危害並分泌蜜露，誘引螞蟻及誘發煤病。

2. 韌皮部桿菌 : 學名Candidatus Carsonella_DC，屬細菌的變形菌綱Class Gammaproteobacteria，韌皮部桿菌屬。

3. 韌皮部桿菌新種 : 學名Candidatus Profftella armatura，為新發現物種。

4. 隱翅蟲 : 指昆蟲隱翅蟲科的許多物種，英文以Paederus spp.表示。

5. 隱翅蟲素 : Pederin。

6. 代芬林 : Diaphorin，新發現化合物，筆者暫譯。

資料來源

日本豐橋技術科學大學2013年7月9日發表《世界初、昆虫と融合した「用心棒バクテリア」を発見— キジラミ細胞内でしか生きられない共生細菌が、毒を合成して宿主を防衛 —》

共生細菌(3) 科發月刊(4221)

共生細菌會保護宿主？

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