科学家揭开维生素B12的新途径：幕后推手竟然是能杀死细菌的病毒

维生素B12在人体内具有非常关键的作用——预防贫血，维持正常造血；保护神经系统健康；促进代谢与心血管保护。最新研究发现，病毒杀死细菌，而在细菌残骸中，其微生物中找到生命最重要的营养物质之一：维生素B12。

新研究表明，感染细菌的病毒——噬菌体（bacteriophages）——能够释放被困在细菌细胞内部的维生素B12。突如其来的营养“馈赠”，可以为那些自身无法合成B12的邻近微生物提供生长所需的营养，并由此改变整个微生物群落的组成。

维生素B12，也称为钴胺素（cobalamin），参与许多关键的生物过程，包括DNA合成、红细胞形成以及正常的神经功能。然而，它的来源却具有非同寻常的特殊性。人类、动物和植物都无法自行制造维生素B12，只有某些细菌和古菌具备合成它所需的生物化学机制。

病毒如何释放被困在细菌中的维生素B12

合成B12不仅需要复杂的代谢过程，而且代价高昂，只有少数微生物能够完成这一过程。因此，许多其他微生物已经进化出另一种生存方式：从周围环境中获取B12，或者获取与B12密切相关的化合物——钴胺素类化合物（cobamides）。

这种依赖关系广泛存在于海洋、土壤以及哺乳动物肠道等各种微生物生态系统中。

这就产生了一个生物学上的谜题：如果B12的制造成本很高，而且对于生产它的细胞又非常重要，那么为什么还会有足够多的B12释放到细胞外，从而供其他微生物使用？

发表在《ISME Journal》上的这项研究给出了一个出人意料的答案：病毒对细菌的毁灭。

为什么B12会被困在细菌内部？

噬菌体（phages）是一种专门感染细菌的病毒。只要有细菌存在的地方，通常就可能发现噬菌体。它们能够强烈影响微生物群落，包括人体肠道中的微生物群落。

在裂解性感染（lytic infection）过程中，噬菌体首先附着在细菌细胞上，并将自己的遗传物质注入细菌。随后，病毒劫持细菌自身的分子机器，让细菌为病毒制造大量新的病毒颗粒。最终，细菌细胞发生破裂。

新产生的噬菌体随之释放出来，但释放出来的并不仅仅是病毒。原本被锁在细菌细胞内部的DNA、蛋白质、糖类以及其他各种分子，都会随着细胞破裂而倾泻到周围环境中。

细菌细胞里有DNA、蛋白质、糖类以及各种物质，通常它会把这些东西储存在细胞内部，以便维持自身生长。噬菌体把细菌变成了营养来源，而研究人员发现，维生素B12也可能成为这种细胞“营养宝库”的一部分。

实验中包含两种细菌：一种细菌能够制造B12；另一种细菌需要B12，却无法自行制造足够的B12。当能够产生B12的细菌保持完整时，依赖B12的细菌无法正常生长。也就是说，B12虽然存在，却被“锁”在生产它的细菌细胞内部。

随后，研究人员加入一种能够摧毁B12生产菌的噬菌体，情况立即发生改变。当生产B12的细菌被噬菌体裂解后，B12被释放到周围环境中，其浓度足以支持另一种细菌生长。

在一个遗传背景明确的实验系统中，研究人员能够证明噬菌体是必要的。B12并不是简单地自行渗漏出来的。

如何证明真正促进微生物生长的是B12？

一个被噬菌体裂解的细菌会释放数以千计的不同细胞成分。因此，研究人员还必须证明：真正促进其他细菌生长的究竟是不是B12。

研究人员进一步使用了一种经过基因改造的细菌。这种细菌本身无法制造B12。但噬菌体仍然能够摧毁这些细菌，并释放它们内部的各种物质。但这时，依赖B12的微生物却没有生长。

这一结果说明，仅仅让细菌细胞破裂，并不足以促进其他微生物生长。但B12才是支持邻近微生物生长的关键资源。

B12的释放能够改变肠道细菌群落

随后，研究团队从简单的实验室双菌体系，进一步扩展到与人体消化道相关的主要细菌群体。结果再次发现：当噬菌体裂解能够产生B12的细菌时，那些依赖B12的肠道细菌会从中获益。而且，这种影响并不局限于某一个细菌物种。

研究表明，噬菌体释放的B12能够显著改变细菌群落的组成，并提高微生物群落的多样性。

值得注意的是，当研究人员只是直接向培养基中加入B12时，这种促进多样性的效果反而有所减弱。

这提示：营养物质本身固然重要，但营养物质在什么时间、什么地点、以什么方式释放，同样可能影响微生物生态系统。

人们过去通常从“噬菌体杀死哪些细菌”的角度理解噬菌体。而这项研究揭示了关系的另一面：当病毒摧毁一种微生物时，被摧毁细胞中的物质并不会凭空消失，它们可能转化为其他微生物可以利用的资源。

从这个意义上说，噬菌体可能扮演着一种微观世界中的“营养循环者”角色——把由某些微生物制造的重要分子，从生产者转移给那些依赖环境获取这些分子的其他微生物。

病毒在微生物生态系统中可能扮演更广泛的角色

这种现象可能远远超出人体肠道。

包括B12在内的钴胺素类化合物，会在从土壤到海洋的各种生态系统中被不同微生物相互利用和交换。此前的研究也已经发现，噬菌体能够在海洋微生物生态系统中促进B12释放。

这意味着，病毒感染可能具有一种容易被忽视的生态作用：噬菌体虽然杀死了它直接感染的细菌，却可能间接帮助附近其他、甚至完全不同的微生物。

对于肠道微生物组而言，这项研究提示，病毒影响微生物群落的方式可能远不只是决定“哪些细菌能够生存”。

它们还可能通过改变稀缺营养物质的供应，进一步决定：“哪些细菌能够获得生存所需要的资源。”

一个值得关注的生态学启示

这项研究实际上揭示了微生物世界中一个非常有意思的规律：死亡并不意味着生命物质的终结，而可能是生态系统中一次新的资源分配。

一个细菌被病毒杀死，它体内积累的B12、蛋白质、DNA和其他分子，又可能成为其他微生物生长的“养料”。

因此，在微观生命世界里，病毒既可能是杀戮者，也是资源循环的参与者；细菌既可能是病毒的受害者，也可能在死亡之后成为其他生命的营养来源。

这或许正是生态系统最奇妙的地方——生命与死亡并不是彼此割裂的两个过程，而是共同构成了物质循环和生命延续的一部分。