链霉菌产生一种类似白喉毒素的外毒素，专门针对昆虫

友好土壤细菌中的隐蔽武器

许多保护我们的抗生素和药物来自链霉菌，这是一类长期被认为是有益伙伴的土壤细菌。本研究揭示，这些熟悉的微生物中有些竟然藏有令人意外的秘密：它们能制造一种强效蛋白毒素，选择性地杀死昆虫，使细菌得以以尸体为食。该工作揭示了这一著名微生物的新面向，并暗示了将来可能借用自然自身的工具来控制害虫的方法。

昆虫与微生物之间的古老联盟

链霉菌与昆虫在陆地上共存已超过四亿年。早期研究主要关注它们的有益作用，例如帮助昆虫消化难分解的植物物质，或产生抗生素以保护昆虫的巢穴和食物。然而，许多昆虫生活和取食于链霉菌栖息的同一土壤，这就提出了一个问题：是否有些菌株进化出专门针对这些六足邻居的武器。直到现在，已知的多为广谱化学毒物，尚未有证据显示链霉菌产生的蛋白毒素会特异性靶向昆虫。

在泥土中发现白喉毒素的近亲

研究人员首先在大量细菌基因组中进行计算搜索，以寻找类似白喉毒素的蛋白质——白喉毒素曾导致儿童广泛致命的咽喉感染。他们在链霉菌的一个紧密分支中发现了一类相关蛋白，并将其命名为链霉菌古昆虫毒蛋白（Streptomyces antiquus insecticidal proteins，简称 SAIP）。遗传和进化分析表明，saip 基因在该群体内已传承超过一亿年，而非近期从其他微生物借来。该基因的 DNA 序列像链霉菌用于基本生存的核心家务基因一样稳定且高度保守，表明 SAIP 为细菌提供了重要的长期优势。

毒素如何锁定昆虫细胞

研究团队使用纯化的 SAIP 在培养细胞上测试其效应。来自果蝇和蚊子的昆虫细胞在万亿分之几克每毫升的浓度下死亡，而人和小鼠细胞在高出千倍的剂量下仍保持健康。注射微量 SAIP 的果蝇很快出现瘫痪，大多数在几天内死亡；将 SAIP 掺入食物喂食果蝇也会导致逐渐的瘫痪和死亡。结构学工作显示，SAIP 的活性部分在构象上与白喉毒素非常相似，并以相同方式关闭细胞内的蛋白质合成。为解释为何昆虫敏感而哺乳动物不敏感，科学家在果蝇细胞中使用基于 CRISPR 的筛选，发现关键在于：一种名为 Flower 的表面蛋白充当了毒素的停靠位点。当 flower 基因被破坏时，昆虫细胞变得抗性；当将昆虫的 Flower 加入人类细胞时，这些细胞突然变得易感。许多昆虫的 Flower 类蛋白都能起作用，而某些哺乳动物、部分蛾类和一条线虫的版本则不能，显示出受体的微小差异如何决定物种的易感性。

从瘫痪到微生物的大餐

SAIP 的影响不仅局限于简单的细胞死亡。在果蝇中，Flower 受体在神经元和免疫细胞中表达丰富。暴露于毒素的果蝇在通常响应糖分的味觉神经元中丧失了活动，它们的循环免疫细胞也收缩并死亡，除非通过遗传手段降低 Flower 的表达。低剂量的 SAIP 单独并不会致死果蝇，但当这些事先暴露的个体随后遭遇无害的大肠杆菌时，许多果蝇无法清除感染而死亡，表明毒素在悄然削弱昆虫的防御。研究团队随后检验了天然携带 saip 的完整链霉菌菌株。将这些菌株的孢子注入果蝇会导致迅速死亡，而缺乏 saip 的近缘菌株则不会。在死亡的蝗虫尸体上，带有 SAIP 的链霉菌在外骨骼上扩散，在大约一周左右分解尸体，并产生红色抗生素色素，展示了细菌如何将昆虫尸体转化为食物并对其他微生物施加化学武器。

这一发现对人类与生态系统的重要性

这项研究表明，一些因提供抗生素而闻名的土壤细菌也使用一种高度专一的蛋白毒素来针对昆虫。SAIP 依附于昆虫特有的 Flower 蛋白版本，进入细胞，关闭蛋白质合成，最终帮助链霉菌杀死昆虫并回收其尸体。对于普通读者，核心结论是微生物与昆虫的关系远比简单的友好或有害更为丰富：同一细菌谱系既能保护某些宿主，又能捕食其他宿主。从实际角度看，SAIP 代表了一种新型的以昆虫为靶的工具，未来或能启发不同于现有化学喷雾的害虫防治策略，同时也深化了我们对微生物与动物长期共同进化如何塑造全球土壤生命的理解。

引用: Xu, Y., Stubbendieck, R.M., Viswanatha, R. et al. Streptomyces produce a diphtheria toxin-like exotoxin that targets insects. Nat Microbiol 11, 1271–1285 (2026). https://doi.org/10.1038/s41564-026-02315-5

关键词: 链霉菌, 昆虫毒素, Flower 受体, 微生物与昆虫相互作用, 生物防治