海藻Elysia rufescens精致而贪婪，在明亮的绿色海藻簇上啃牛，根深蒂固地寻找最佳选择。但是，这种长达一英寸的海洋软体动物不仅可以获得美味的食物，而且还可以沾染藻类的防御性化学物质，然后可以将它们对抗自己的捕食者。
在一项新的研究中，普林斯顿大学领导的研究小组发现，这些有毒化学物质来自生活在藻类中的新发现的细菌。该团队发现，细菌已经变得如此依赖他们的藻类家园，以至于他们无法靠自己生存。反过来，细菌至少将其代谢努力的五分之一用于为宿主制造有毒分子。
这三个特征相互交织在一起的故事 - 海鞘E. rufescens，苔藓属的海藻和新发现的细菌 - 构成了三向共生关系。共生关系是几种生物密切相互作用的关系。在这个例子中，slu gets获得食物和防御性化学物质，藻类获得化学物质，细菌以藻类宿主的养分形式获得家庭和终身免费膳食。
普林斯顿大学分子生物学助理教授，该研究的资深作者Mohamed Donia说：“这是一个复杂的系统，这三种生物之间的关系非常独特。”“这对我们理解细菌，植物和动物如何形成机制依赖性的影响很大，其中生物活性分子超越了原始生产者，最终达到并使互动伙伴网络受益。”
普林斯顿大学和马里兰大学环境科学研究所海洋与环境技术研究所的研究人员使用强大的基因组技术解开了这个故事，以破译谁在这种关系中做了什么。他们对slu ,,藻类及其微生物组的集体基因组信息进行了测序，这些细菌是生活在这些生物体内的细菌。然后他们使用计算机算法来确定哪些基因属于哪种生物。通过这种方法，他们确定了新的细菌种类并将其与毒素的产生联系起来。
研究小组发现，他们命名为Candidatus Endobryopsis kahalalidefaciens的细菌种类产生大约15种不同的毒素，称为kahalalides。众所周知，这些化学物质可以阻止周围的鱼类和其他海洋动物。由于其强效毒性，至少一种kahalalides已被评估为潜在的抗癌药物。
研究人员还发现，细菌在安全生命中永久牺牲了它们的独立性，因为它们不再拥有藻类外存活所需的基因。相反，大约五分之一的细菌基因组被用于抽出有毒分子，阻止捕食者食用细菌的家。
可以食用毒素的一种捕食者是E. rufescens。slu to存储它们，建立一个比藻类中的毒素浓度高十倍的化学武器库。
该团队提出的一个问题是，slu is不仅获得了化学品，还获得了工厂 - 细菌本身。但是他们发现slu the不能保留摄入的细菌，而是将它们作为食物消化，只保留化学物质。
Elysia rufescens，以其微红色调而得名，生活在温暖的浅水区，包括夏威夷在内的各个地方，研究人员收集了这些slu ..Elysia属于一个“太阳能动力塞子”系列，因为它们与防御性化学物质一起隔离藻类的能量制造光合机械，使它们成为世界上少数几种从阳光中创造自己营养的动物。 。
多尼亚开始对藻类如何进行化学防御感兴趣，因为其他一些海洋生物 - 如海绵和被囊类动物 - 使用细菌共生体来制造毒素。他决定研究毒素的化学结构，发现它们的结构表明它们是由细菌或真菌制成的。
为了获得帮助，他求助于马里兰大学环境科学中心教授，世界海洋生态学专家罗素希尔，包括这个系统。希尔和他当时的研究生珍妮特戴维斯协助多尼亚和普林斯顿博士后研究人员金东赞，李志远和玛丽亚迪亚里蒂亚内罗收集了夏威夷的藻类和slu ..Zan和Li在这项研究中分享了共同的第一作者。
“我们的合作建立在同事的工作基础上，在穆罕默德的领导下，终于解决了真正的kahalalide化合物生产商的长期谜团，”希尔说。“现在了解合成这些复杂化合物的卓越细菌及其途径是非常令人满意的。”
该团队将细菌与工厂进行了比较，因为该生物体以藻类提供的氨基酸形式消耗原料，并以有毒化学物质的形式释放出成品。
Donia说，这种专门的细菌共生体的主题已经演变为执行一种功能 - 为宿主制造防御性分子以换取受保护的生存空间 - 在海洋环境中出现了令人惊讶的常见现象，从藻类到被子到海绵。
这是团队确定的第二个这样的关系。他们之前在4月1日出版的“自然微生物学”杂志上发表的一项研究发现了一种与海绵共生的细菌，它可以产生保护海绵免受捕食的毒素。
“最奇怪的是，海绵实际上已经进化出一种特殊类型的细胞，我们称之为'细菌属细菌'，完全致力于饲养和维持这种细菌的培养，”多尼亚说。“这是非常奇怪的，因为一般来说只有少量专门的海绵细胞。再次，这种细菌不能生产基质而且不能独立生存。”
“一个三方海洋共生中防御性kahalalides的微生物工厂”，Zind Jindong Zan，Li Zhiyuan Li，Ma。Diarey Tianero，Jeanette Davis，Russell T. Hill和Mohamed S. Donia于2019年6月14日在“科学”杂志上发表。
“通过Haliclona海绵的细胞内共生体本地化生产防御化学品”，Ma。Diarey Tianero，Jared N. Balaich和Mohamed S. Donia于2019年4月1日发表在Nature Microbiology杂志上。