2015年度邵逸夫生命科学与医学奖颁予邦妮•巴斯勒(Bonnie L Bassler)彼德•格林伯格(E Peter Greenberg),以表彰他们阐释群体感应的分子机制,一种细菌间相互沟通交流信息行为的调控机制;这项工作对干扰细菌的病原体或调控微生物群落在健康应用方面提供了新颖的方法。邦妮•巴斯勒是美国普林斯顿大学分子生物学系主任及Squibb讲座教授,暨霍华德休斯医学研究所研究员。彼德•格林伯格是美国华盛顿大学微生物学教授。

细菌是单细胞生物,一向被认为是单独运作,不与邻近细胞沟通。但过去40年的研究完全推翻了此观念。细菌会在许多不同的栖息区内生存并茁壮成长。在每个区域中,细菌会与同类细菌以及其他物种沟通,进行功能上的协调;而这些功能对独立的细胞而言,是很难甚至没可能达到的。这包括摄入和处理营养素、应对环境压力和增加对宿主的攻击力。细菌相互沟通,并透过感应和生产细小的扩散性分子,去反映及回应其区域密度改变,这一种普遍存在的机制,就是群体感应。邦妮•巴斯勒彼德•格林伯格阐明了群体感应的分子机制,在传染病范畴里,解释了这些机制在控制细菌生理方面的含义。群体感应现象也曾在某些蚂蚁和蜜蜂中被发现。近期它亦在小鼠模型中发现,当毛发脱落时,它会刺激周围的毛发生长。

识别群体感应及阐释其深层机制是微生物学中最吸引人发展的方向之一。细菌和同一族群的其他个体及与其他物种沟通此一概念,改变了我们对细菌及基因调节机制的固有观念。众多已被发现的群体感应系统都有相同的基本结构。每一细胞产生的细小分子通过扩散和分泌被传送出去。细小分子的浓度反映出产生细胞的密度,并通过同源受体蛋白,激发邻近细胞的基因表达反应。这个机制使细菌感应到其密度或物理限制的转变,以及在相同或不同物种之间互相协同,如此简练美妙的机制,简直令人难以置信。群体感应对控制各种功能非常重要,包括生物发光的产生,生物膜的形成和致病力的发展。除了以上细菌生理学的角色外​​,群体感应的组成分子已被广泛应用于用以编控一个或多个细菌群在不同时间及空间的动态变化的合成基因通道上。

基于Hastings、Nealson、Eberhard、Silverman、Engebrecht和Iglewski等的早期研究,邦妮•巴斯勒彼德•格林伯格在群体感应这一重要概念的发展上作出贡献,使它成为现今充满活力的研究领域。格林伯格的研究团队提供了确切的证据,就是弧菌属Vibrio fischeri (一种海洋细菌) 的群体感应通过化学讯号的扩散而传递。他们的研究增进了对分子成份及机制细节的了解,并创造了「群体感应」一词,令这一观点在这领域中变得具体。从1990年代起,格林伯格研究团队在铜绿假单胞菌属中阐述了群体感应机制和它在生理学上以及在生物薄膜的发展上控制病原体的角色。格林伯格近期的研究结合了进化和生态观念,对群体感应介导的合作行为提供新颖的见解。

邦妮•巴斯勒从1990年加​​入Silverman 实验室起开始研究群体感应。自1990年代中期起,邦妮•巴斯勒及其研究团队以早期多项有关V fischeri 的研究作为基础,筹划了弧菌属Vibrio harveyi (另一种海洋细菌) 的群体感应的分子机制。与此同时,她的实验室解释了群体感应机制在不同的病原体(Vibrio cholerare) 及它们在生物膜形成和致病力发展上的影响。巴斯勒阐释了细菌可与不同物种沟通,并明确了这一过程的分子机制。细菌能跨物种沟通将细菌沟通概念提升到另一层面,就是相同的细菌群可用不同的化学品去分辨同类或非同类。她的近期研究中用定量的角度,分析群体感应的基因表达调控,以及进化过程的动态变化。


巴斯勒格林伯格的研究并驾齐驱,两者均由海洋细菌的生物发光开始,再研究病原体。他们研究高度聚焦,使用明确清晰的模型系统,建立了群体感应的物理和化学基础。他们的研究建立了现今我们对细菌沟通的概念架构,并从根本上启发了用新颖的方式以控制细菌的动态变化,并将它应用于医疗上。

邵逸夫生命科学与医学奖遴选委员会
(译自英文原稿)


2015年7月22日 香港 (修订版)