细胞为了维持内环境稳定，清除正常的衰老细胞和有害的细胞，或为了确保正常的生长发育，受基因调控会发生自主地有序地死亡。

这种方式称为细胞凋亡（Apoptosis），也称为程序性细胞死亡（Programmed cell death，PCD）。

那么细菌是否也会发生凋亡呢？

乍一想，凋亡作为机体生存进化的一个生物学事件，细菌面临着生老病死，应该也存在凋亡吧。

但是，德国微生物学家Georg 于2013年发表了一篇文章^[1]，提出了这样的观点：

虽然细菌死亡和细胞死亡有相同的生物学表现，如PS外翻、核固缩、DNA断裂，但是也可能存在其他的特征。

普遍认同的机体防御和MazEF毒素-抗毒素自杀调节机制这两种细菌凋亡的途径，目前仍缺乏充足的实验支持，不能说明细菌发生细胞凋亡的特征就是细菌凋亡引起的，或许是细菌碰巧发生了这种阳性结果。

因此，在细菌死亡的目的和机制还没得到明确之前，不建议用细胞凋亡的术语来描述细菌的死亡。

随后，2014年，Kenneth教授发表在Nat Rev Microbiol杂志上的综述^[2]，表明利用能够诱导Jurkat白血病细胞凋亡的人乳脂质-蛋白质复合物（又称为HAMLET）处理肺炎链球菌，观察到了如细胞收缩、钙依赖性膜电位去极化、染色质凝聚、DNA断裂等凋亡表征。

更有趣的是，肺炎链球菌的膜去极化动力学与线粒体相似，两者都受到Ca²⁺转运抑制剂的抑制。同时HAMLEF也可诱导其他链球菌和流感嗜血杆菌细胞死亡^[3-5]。

用DNA损伤剂和抗菌素处理大肠杆菌，也会产生凋亡的表征。删除RecA基因会减轻凋亡的程度，而且令人兴奋的是，用DNA损伤剂和抗生素治疗会产生一种与Caspase荧光底物FITC-z-vd-FMK相互作用的蛋白质RecA。提示ClpXP蛋白酶复合物参与了这一活性，猜想recA能够诱导细菌凋亡^[6-7]。

在E.coli细菌中，MazEF系统和RecA基因调控的SOS应答系统参与了PCD进程^[8-9]。

总之，Kemmeth教授认为，细菌细胞死亡是一个活跃的、遗传编码的、高度协调的过程，与死前和死后事件有关，而且与真核细胞中的PCD过程惊人地相似。

因此，小编认为，用诱导细胞凋亡的方式诱导细菌死亡，这种方式可以称为细菌凋亡，不过细菌中有关PCD相关蛋白的调节和功能研究仍需进一步探索。

图片来源 | 参考文献^[2]

图例 | 细菌PCD模式通路。经紫外诱导的健康的细菌细胞，由毒素-抗毒素TA系统（如MazEF）和SOS应答系统调控的死亡过程。

另外Kim教授也认为^[10]，细菌存在凋亡样的死亡，有助于细菌生长发育和遗传物质交换，清除有缺陷的细胞，减少突变体的负荷，并导致群体死亡，进一步研究其机制可为新型抗菌药物的研发提供新的思路。

细菌的凋亡表型中，初期的典型特征是细胞膜PS外翻，如果用Annexin V/PI检测细菌凋亡，和细胞的检测有哪些区别呢？

因为细菌有细胞壁，所以第一步需要用溶菌酶破碎细菌细胞壁，文献里用终浓度100mg/L的溶菌酶和细菌沉淀在37℃水浴条件下孵育1h，其余的操作与细胞的操作类似。

而且发现，饥饿处理的苍白杆菌若没有经细胞壁处理，用3个不同梯度的Annexin V（分别是100μg/L, 200μg/L, 300μg/L）（A-C）染色，结果均检测不到PS，而用溶菌酶处理后，分别取调整期、对数期、平台期和衰亡期细菌检测（D-G），均可看到较明显的Annexin V的表达^[11]。如下图所示：

图例 | 说明饥饿处理的苍白杆菌经溶菌酶处理后（D-G），跟未经溶菌酶处理组（A-C）相比，可以用Annexin V检测到细菌凋亡外翻的PS。CT指细菌培养时间。

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参考文献：

[1] Georg Häcker. Is there, and should there be, apoptosis in bacteria? Microbes Infect. Jul-Aug 2013; 15(8-9): 640-4.

[2] Kenneth W Bayles. Bacterial programmed cell death: making sense of a paradox. Nat Rev Microbiol. 2014 Jan; 12(1): 63-9.

[3] Hakansson AP, Roche-Hakansson H, Mossberg AK,etal. Apoptosis-like death in bacteria induced by HAMLET, a human milk lipid-protein complex. PLoS One. 2011; 6: e17717

[4] Hakansson A, Zhivotovsky B, Orrenius S, etal. Apoptosis induced by a human milk protein. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1995; 92: 8064–8068.

[5] Svensson M, Hakansson A, Mossberg AK, etal. Conversion of alpha-lactalbumin to a protein inducing apoptosis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2000; 97: 4221–4226.

[6] Dwyer DJ, Camacho DM, Kohanski MA, etal. Antibiotic-induced bacterial cell death exhibits physiological and biochemical hallmarks of apoptosis. Mol Cell. 2012; 46: 561–572.

[7] Daniel J Dwyer, Diogo M Camacho, Michael A Kohanski, etal. Antibiotic-induced bacterial cell death exhibits physiological and biochemical hallmarks of apoptosis. Mol Cell. 2012 Jun8; 46(5): 561-72.

[8] Da Rocha RP, Paquola AC, Marques Mdo V, etal. Characterization of the SOS regulon of Caulobacter crescentus. Journal of bacteriology. 2008; 190: 1209–1218.

[9] Erental A, Sharon I, Engelberg-Kulka H. Two programmed cell death systems in Escherichia coli: an apoptotic-like death is inhibited by the mazEF-mediated death pathway. PLoS Biol. 2012; 10: e1001281.

[10] K Lewis. Programmed death in bacteria.Microbiol Mol Biol Rev. 2000 Sep;64(3):503-14. doi: 10.1128/mmbr.64.3.503-514.2000.

[11] Ben Chen, Yasi Zhao, Zemin Li, Jianxin Pan ,etal. Immobilization of Phosphatidylserine by Ethanol and Lysozyme on the Cell Surface for Evaluation of Apoptosis-Like Decay in Activated-Sludge Bacteria. Appl Environ Microbiol. 2020 Jul 2; 86(14):e00345-20.