《npj Biofilms and Microbiomes》：Extracellular vesicles as structured vectors of quorum sensing signals influence aquatic microbial communities
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本研究针对天然水体中群体感应（QS）信号分子易受稀释、水解和降解的难题，揭示了细胞外囊泡（EVs）作为QS信号选择性、耐久性保护载体的新机制。研究发现EVs可优先包装疏水性酰基高丝氨酸内酯，实现信号的长距离传递和靶向递送，并通过多组学验证了EVs在维持水体微生物群落稳定性和生态系统功能中的关键作用。该研究为理解微生物间化学通讯提供了新范式，发表于《npj Biofilms and Microbiomes》。
在浩瀚的水生环境中，微生物们并非孤军奋战，它们通过一种精妙的化学语言——群体感应（Quorum Sensing, QS）来协调群体行为。这种依靠信号分子（称为自诱导剂，Autoinducers）的通讯系统，允许微生物感知种群密度，从而同步启动生物发光、抗生素产生、生物膜形成等群体性功能。然而，天然水体如同一个巨大的稀释场，信号分子在此面临着严峻挑战：不断被稀释、在碱性环境下易水解、还可能被酶降解。这些因素使得脆弱的化学信号难以有效传递，微生物间的“对话”常常被迫中断。这就引出了一个关键科学问题：在复杂多变的水环境中，微生物是如何克服这些障碍，实现可靠通讯的？
发表在《npj Biofilms and Microbiomes》上的研究“Extracellular vesicles as structured vectors of quorum sensing signals influence aquatic microbial communities”为这一问题提供了新颖而重要的答案。该研究揭示，细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）——这些由细胞释放的纳米级脂质双层结构，扮演了QS信号“特快专递”的角色，它们不仅是信号的保护性载体，更是调控水生微生物群落结构和功能的关键枢纽。
为了深入探究EVs在QS中的作用，研究人员综合运用了多种关键技术方法。他们通过野外调查，结合宏组学（包括宏蛋白质组学）分析，揭示了天然水体中EVs的丰度与环境因子（如盐度、营养盐、叶绿素a和生物量）之间的共变关系。培养实验被用来验证EVs对QS信号（特别是疏水性的酰基高丝氨酸内酯，Acyl-homoserine lactones）的包装、保护以及长距离运输能力。此外，研究还建立了一个统计框架，用于评估不同EVs产生水平对微生物群落稳定性和生态系统功能的贡献。
EVs作为QS信号的特异性载体
研究首先证实，EVs并非随意装载物质，它们对QS信号分子具有选择性。实验表明，EVs更倾向于包装疏水性的酰基高丝氨酸内酯类信号分子。这种选择性包装使得信号能够在EVs内部实现局部浓缩，为高效信号传递奠定了基础。
EVs增强QS信号的环境耐受性
面对天然水体的恶劣条件，EVs展现了其作为保护性载体的卓越性能。研究发现，EVs能够有效屏蔽内部的QS信号分子，使其免受碱性水解作用的破坏。同时，EVs的结构特性也保护信号不被酶轻易降解，显著延长了信号分子的半衰期，为其实现长距离运输提供了可能。
EVs影响微生物群落的结构与功能
通过宏组学对野外样本的分析，研究人员发现水体中EVs的丰度与盐度、营养盐、叶绿素a和生物量等多个环境指标显著相关。培养实验进一步验证，EVs对受体微生物具有特定的亲和力，这意味着EVs能够将信号精准地递送给目标菌群，从而直接影响微生物群落的组成和相互作用。
适度产生EVs的微生物是维持生态系统稳定的关键
研究构建的统计框架揭示了一个重要规律：那些产生中等水平EVs的微生物类群，对于维持整个群落的稳定性和生态系统功能起着至关重要的作用。特别值得注意的是，在这一类群中，具有QS活性的物种（如伯克霍尔德菌科（Burkholderiaceae）、假单胞菌科（Pseudomonadaceae）、红杆菌科（Rhodobacteraceae）、玫瑰杆菌科（Roseobacteraceae）、黄杆菌科（Flavobacteriaceae）等）是驱动这些关键生态功能的核心力量。
EVs介导QS信号与蛋白质的协同运输
对野外采集的EVs进行宏蛋白质组学分析，有了更深入的发现。除了QS信号分子，EVs内部还携带了QS受体蛋白和信号合成相关的蛋白质。这表明EVs可能不仅仅是被动地运输信号，而是能够协同运输信号分子及其相关的功能蛋白，这为不同微生物类群（尤其是那些只含有单独LuxR或LuxI蛋白，即 luxR/I solos 的类群）之间的QS“交叉对话”（crosstalk）开辟了新的途径。
综上所述，本研究得出结论：在天然水体中，由微生物适度产生的细胞外囊泡（EVs）是群体感应（QS）信号的关键载体和生态调节枢纽。它们通过选择性包装、保护和靶向递送QS信号，有效克服了环境压力，确保了微生物间化学通讯的可靠性。更为重要的是，EVs介导的信号传递深刻影响着微生物群落的结构、稳定性和生态功能。这一发现革新了我们对水生微生物世界中化学通讯方式的理解，将EVs提升到了微生物相互作用和生态系统功能调控的核心位置。它不仅解释了QS在挑战性环境中如何持续发挥作用，也为未来操纵微生物群落、改善水环境健康提供了新的理论依据和潜在策略。
