琉球大学研究生院医学研究科的许骏助教、山城哲名誉教授、日本东北大学研究生院工学研究科的中村修一副教授、东京大学研究生院工学研究科的富冈伦太郎研究员等人的研究团队于4月13日宣布，发现霍乱弧菌受光时会趋于活跃。研究发现，霍乱弧菌的光感受性酶（PAC）会使信息传递物质cAMP增加，进而提升鞭毛的运动性。该机制可能参与了环境适应及感染确立的初期过程，有望推动这些过程的阐明。相关研究成果已发表在期刊《PNAS》的4月9日刊上。
图1 霍乱弧菌的感染周期与环境应答（供图：琉球大学）
A：霍乱弧菌的感染周期。人类因摄入被霍乱弧菌污染的饮用水或食品而感染，引发腹泻。排泄的粪便中的霍乱弧菌流入环境水源（河流等），在自然环境中生存并再次成为人类的感染源。
B：霍乱弧菌的环境感知与运动性。霍乱弧菌利用一根极生鞭毛游动，一边感知粘度、温度、pH、盐浓度、降水等多种环境因素，一边调节自身行为。本研究在这些因素之外，进一步聚焦于光影响霍乱弧菌运动调控的可能性。
图2 光对霍乱弧菌运动的影响（供图：琉球大学）
A：光照引起的霍乱弧菌移动距离变化。在显微镜下追踪霍乱弧菌的运动后证实，黑暗条件（Light OFF）下移动距离的增加较为平缓，而开启光照后（Light ON），细菌游动速度加快，移动距离急剧增加。
B：不同光环境下的霍乱弧菌分布。上图为均匀照明条件，下图为明亮区域与黑暗区域共存的梯度照明条件。在梯度照明条件下，观察到了霍乱弧菌在明亮一侧运动更为活跃的倾向。
C：光照下霍乱弧菌细胞产生的cAMP浓度的时序变化。已确认受到强光照射后，细胞会生成更多的cAMP。
霍乱是因摄入被霍乱弧菌（一种细菌）污染的水或食品而导致的急性传染病，是世界各地公共卫生领域的难题。在大肠内定殖并增殖的霍乱弧菌会产生霍乱毒素，引起大量水样腹泻。在细菌感染中，“运动能力”至关重要，此前已知细菌可通过旋转细长的鞭毛在水中游动，并根据温度、营养、化学物质等环境变化改变行为。
另一方面，尽管细菌栖息在光线可及的水环境中，其对光的应答却尚未阐明。为此，此次研究团队对霍乱弧菌的光应答开展了详细研究。
首先，研究人员在用显微镜观察从河水中分离的霍乱弧菌的同时，对其进行光照，检测细菌的运动情况。结果发现，细菌受光时游动速度加快，处于运动状态的细菌数量也有所增加。
当开展在同一显微镜视野内制造明亮场所和黑暗场所的实验时，研究人员观察到了明亮区域细菌的运动更为活跃的倾向。这一反应中有一种受光后开始工作的特殊酶（光感受性腺苷酸环化酶：PAC）参与。PAC在细菌细胞内产生信息传递物质cAMP，激活钠转运系统。研究认为，其通过促进细胞外钠离子排出，使钠浓度梯度升高，作为鞭毛马达旋转能量来源的钠驱动力随之增大，从而激活霍乱弧菌的运动性。
这一机制表明光作为“信息”被传递至细胞内，细菌根据光信号调节自身运动性，同时表明病原性细菌能够巧妙地解读周围环境。通过进一步研究环境应答机制，有望助力病原菌的感染控制。
许骏助教表示：“本研究揭示了霍乱弧菌利用光这一环境信息来调节运动性的机制。我认为至关重要的一点是，细菌并非单纯受环境的影响，而是将环境作为信息摄取并据此来改变自身的行为。今后，希望通过加深对这类环境应答的理解，助力阐明病原细菌的行为与生存策略。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）
论文：Light-activated cAMP signaling controls sodium-driven motility in Vibrio cholerae
DOI：10.1073/pnas.2530860123
