2015年度邵逸夫生命科學與醫學獎頒予邦妮•巴斯勒 (Bonnie L Bassler)彼德•格林伯格 (E Peter Greenberg),以表彰他們闡釋群體感應的分子機制,一種細菌間相互溝通交流信息行為的調控機制;這項工作對干擾細菌的病原體或調控微生物群落在健康應用方面提供了新穎的方法。邦妮•巴斯勒是美國普林斯頓大學分子生物學系主任及Squibb講座教授,暨霍華德休斯醫學研究所研究員。彼德•格林伯格是美國華盛頓大學微生物學教授。

細菌是單細胞生物,一向被認為是單獨運作,不與鄰近細胞溝通。但過去40年的研究完全推翻了此觀念。細菌會在許多不同的棲息區內生存並茁壯成長。在每個區域中,細菌會與同類細菌以及其他物種溝通,進行功能上的協調;而這些功能對獨立的細胞而言,是很難甚至沒可能達到的。這包括攝入和處理營養素、應對環境壓力和增加對宿主的攻擊力。細菌相互溝通,並透過感應和生產細小的擴散性分子,去反映及回應其區域密度改變,這一種普遍存在的機制,就是群體感應。邦妮•巴斯勒彼德•格林伯格闡明了群體感應的分子機制,在傳染病範疇裡,解釋了這些機制在控制細菌生理方面的含義。群體感應現象也曾在某些螞蟻和蜜蜂中被發現。近期它亦在小鼠模型中發現,當毛髮脫落時,它會刺激周圍的毛髮生長。

識別群體感應及闡釋其深層機制是微生物學中最吸引人發展的方向之一。細菌和同一族群的其他個體及與其他物種溝通此一概念,改變了我們對細菌及基因調節機制的固有觀念。眾多已被發現的群體感應系統都有相同的基本結構。每一細胞產生的細小分子通過擴散和分泌被傳送出去。细小分子的濃度反映出產生細胞的密度,並通過同源受體蛋白,激發鄰近細胞的基因表達反應。這個機制使細菌感應到其密度或物理限制的轉變,以及在相同或不同物種之間互相協同,如此簡練美妙的機制,簡直令人難以置信。群體感應對控制各種功能非常重要,包括生物發光的產生,生物膜的形成和致病力的發展。除了以上細菌生理學的角色外,群體感應的組成分子已被廣泛應用於用以編控一個或多個細菌群在不同時間及空間的動態變化的合成基因通道上。

基於Hastings、Nealson、Eberhard、Silverman、Engebrecht和Iglewski等的早期研究,邦妮•巴斯勒彼德•格林伯格在群體感應這一重要概念的發展上作出貢獻,使它成為現今充滿活力的研究領域。格林伯格的研究團隊提供了確切的證據,就是弧菌屬Vibrio fischeri (一種海洋細菌) 的群體感應通過化學訊號的擴散而傳遞。他們的研究增進了對分子成份及機制細節的了解,並創造了「群體感應」一詞,令這一觀點在這領域中變得具體。從1990年代起,格林伯格研究團隊在銅綠假單胞菌屬中闡述了群體感應機制和它在生理學上以及在生物薄膜的發展上控制病原體的角色。格林伯格近期的研究結合了進化和生態觀念,對群體感應介導的合作行為提供新穎的見解。

邦妮•巴斯勒從1990年加入Silverman 實驗室起開始研究群體感應。自1990年代中期起,邦妮•巴斯勒及其研究團隊以早期多項有關 V fischeri 的研究作為基礎,籌劃了弧菌屬Vibrio harveyi (另一種海洋細菌) 的群體感應的分子機制。與此同時,她的實驗室解釋了群體感應機制在不同的病原體 (Vibrio cholerare) 及它們在生物膜形成和致病力發展上的影響。巴斯勒闡釋了細菌可與不同物種溝通,並明確了這一過程的分子機制。細菌能跨物種溝通將細菌溝通概念提升到另一層面,就是相同的細菌群可用不同的化學品去分辨同類或非同類。她的近期研究中用定量的角度,分析群體感應的基因表達調控,以及進化過程的動態變化。


巴斯勒格林伯格的研究並駕齊驅,兩者均由海洋細菌的生物發光開始,再研究病原體。他們研究高度聚焦,使用明確清晰的模型系統,建立了群體感應的物理和化學基礎。他們的研究建立了現今我們對細菌溝通的概念架構,並從根本上啟發了用新穎的方式以控制細菌的動態變化,並將它應用於醫療上。

邵逸夫生命科學與醫學獎遴選委員會
(譯自英文原稿)


2015年7月22日 香港 (修訂版)