細菌膜囊泡在海洋生態系統中的研究現狀及展望

趙晶 ，賈宸政，王凱，張貝貝

( 1. 廈門大學 海洋與地球學院，福建 廈門 361102；2. 廈門市海灣生態保護與修復重點實驗室，福建 廈門 361102)

1 引言

膜囊泡的提出，可以追溯到150年前達爾文“泛生論”中提到的細胞能產生攜帶遺傳物資的“微芽”[1]，但此發現因缺乏實驗證據而被否定。20世紀60年代，首次觀察到的源于革蘭氏陰性細菌的外膜囊泡，也因對生物功能認識不足而被認為是細胞不平衡生長與排泄機制的產物[2-3]。直到1975年，DeVoe和Gilchrist[4]在感染腦膜炎球菌（Neisseria meningitidis）患者的脊髓液中發現了膜囊泡，膜囊泡才與細菌感染聯系在一起。隨后，人們針對細菌膜囊泡的發生與形成、結構與功能逐漸開展研究。2007年，Valadi等[5]首次發現真核生物的細胞外囊泡能夠攜帶、轉移遺傳物質并介導細胞間通訊，將細胞外囊泡的研究推向新的高度。至今，學術界普遍認為細胞外囊泡的釋放是原核生物與真核生物的活細胞所共有的保守機制[6]。細胞外囊泡根據釋放它們的物種分類具有不同的命名，通常而言，外泌體和微囊泡用于真核生物；膜囊泡、膜泡、外膜囊泡和外膜泡則多適用于細菌和古菌等生物（EVpedia， http://EVpedia.info）。

細菌膜囊泡是一類由磷脂雙分子層組成的，大小通常介于20～400 nm，攜帶復雜蛋白質（細胞質/周質/外膜蛋白）、核酸（RNA/DNA/質粒）、毒素因子、信號分子甚至噬菌體等重要信息物質的囊泡[7-8]。細菌膜囊泡的生物發生機制主要是細胞內/外膜出芽和細胞爆裂溶解，且不同的發生途徑可能導致囊泡具有不同結構與組成成分[8-9]（圖1）。對于革蘭氏陰性菌而言，不平衡的肽聚糖生物合成或外膜疏水分子的插入可導致外膜出芽[10-13]。由于內膜保持完整，外膜凸起形成的單層膜囊泡并不具有細胞質組分[8]。而另一種方式，細胞在DNA損傷時產生的內溶素等作用下，爆裂產生的膜碎片通過聚集并自我組裝，形成內含隨機細胞質成分的內外膜囊泡和爆炸性外膜囊泡[14-15]。對于革蘭氏陽性菌及分枝桿菌而言，細胞壁的剛性結構成為囊泡釋放的阻礙。在這種情況下，內膜起泡后可能通過膨脹壓力、細胞壁修飾酶和微管蛋白等超微結構穿過細胞壁，形成包含細胞質組分的細胞質膜囊泡[16]。同時，內溶素等因素也能導致革蘭氏陽性菌細胞發泡死亡從而產生囊泡[17]。

圖1 細菌膜囊泡的生物發生Fig. 1 Biogenesis of bacterial membrane vesicles

2013年，Rothman等因揭秘真核生物外泌體的細胞運輸調控機制問鼎諾貝爾獎，使細胞外囊泡的研究成為熱點。而同樣作為一種生物納米顆粒，原核生物膜囊泡在生物體的生命活動中扮演著多重角色，包括將毒力因子傳遞到宿主細胞[18-19]、提高母細胞獲取營養物質的幾率[20-21]、介導種間或種內基因水平轉移[22-23]、觸發微生物群體感應[24-25]、驅動生物膜形成[26-27]、減小噬菌體與抗菌肽危害[28-29]、抑制或殺死競爭菌并建立生態位[30-31]等過程。現今，細菌膜囊泡領域的研究主要聚焦于陸源病原菌與人類健康等研究方向，在膜囊泡的生物發生、組成成分以及如何調控宿主與病原菌相互作用等方面展開[18-31]。

相較于陸源微生物而言，海洋細菌是膜囊泡研究的“盲區”。在美國國家生物技術信息中心 ( National Center for Biotechnology Information, NCBI )的PubMed數據庫（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov）中以“Bacterial membrane vesicles”和“Marine bacterial membrane vesicles”進行檢索，近10年來的有關海洋領域膜囊泡的文獻僅占細菌膜囊泡研究的1.7%，我們對其中細菌膜囊泡的生態角色、生物功能等所知甚少（圖2）。近年關于海洋細菌膜囊泡的研究已初露端倪，表明其在海洋生物圈中可能發揮著重要作用，且功能廣泛。細菌膜囊泡能夠調節噬菌體與微生物的相互作用從而影響對海洋病毒感染動力學的研究[28,32]，并且在海洋宿主與細菌的互惠共生中影響海洋無脊椎動物的生命進程[33-39]，最終使整個海洋生態系統的能量流動與物質循環更加復雜多樣。本文將重點分析近年來發現的細菌膜囊泡在海洋生物及環境中的潛在功能，為其他聚焦海洋微生物的科研工作者提供新的研究思路，并為未來進一步開展細菌膜囊泡在海洋生物圈中的作用等研究奠定理論基礎。

圖2 2011-2021年發表的海洋細菌膜囊泡領域文獻數量Fig. 2 Publications in the field of marine bacterial membrane vesicles from 2011 to 2021

2 細菌膜囊泡在海洋生物體及環境中的潛在功能

Lynch和Alegado[40]研究發現，海洋中存在高水平的細菌膜囊泡，保守估計每天經由膜囊泡釋放的蛋白質可達約1×106t，可轉化成3.92×1011g碳、1.24×1011g氮和1.96×1010g硫，將影響對全球營養鹽收支的統計。此外，在物質無限稀釋的海洋環境中，膜囊泡能使胞外酶和信號物質尤其是疏水性群體感應分子具有可溶解性、穩定性、高濃度等優勢，并在海水的流動下進行遠距離傳遞，有利于海洋微生物間的物質信息交流[30,41-42]（圖3）。因此，膜囊泡在影響海洋生態系統的群落結構乃至生物地球化學循環方面都具有巨大潛力。

圖3 微生物細胞外囊泡在海洋生態系統中扮演的潛在角色Fig. 3 The potential roles of microbial extracellular vesicles in marine ecosystems

2.1 在噬菌體感染中的防御功能

細菌在與噬菌體的長期對抗性共進化過程中，為了抵御噬菌體的侵染演化出了多種復雜機制，包含通過修飾表面受體阻斷噬菌體吸附[43-44]、限制性修飾系統（R-M 系統）切割入侵的DNA[45]、成簇的規律間隔短回文重復序列及其相關蛋白（CRISPR-Cas系統）介導的適應性免疫[46]、流產感染中斷噬菌體繁殖[47]、硫代磷酸酯修飾系統切割噬菌體DNA[48]等。其中，細菌膜囊泡由于在特定的生物發生過程中攜帶了母菌的表面受體，能夠作為一種替身誘騙噬菌體侵染，從而減少噬菌體對母菌的吸附[8]（圖4a）。早在10年前，Manning和Kuehn[29]研究發現大腸桿菌（Escherichia coli）釋放的膜囊泡能夠快速且不可逆的吸附包括抗菌肽和T4噬菌體在內的外膜作用物質，從而促進細菌的先天性防御。這種抵御噬菌體侵染的防御機制并不是個例，霍亂弧菌（Vibrio cholerae）產生的膜囊泡甚至能對3種噬菌體起到不同程度的抵御作用[49]。理論上，革蘭氏陰性菌通過出芽形成的囊泡帶有母菌外膜組分，都可能作為防御噬菌體的第一道防線，這種受體依賴型的機制對宿主的保護程度可能取決于膜囊泡的產生速度與累積濃度；革蘭氏陽性菌分泌的囊泡對某些以質膜蛋白為受體的噬菌體可能也有同樣的防御作用。

圖4 細菌膜囊泡參與噬菌體與微生物相互作用Fig. 4 Bacterial membrane vesicles are involved in phage-bacterial interactions

病毒是海洋生態系統中豐度最高的生物實體，甚至高達108個/mL，是海洋細菌和古菌總和的15倍，每秒鐘可發生1023例感染[50-51]。根據Biller等[28]研究可知，海洋原綠球藻（Prochlorococcus）持續釋放大量的膜囊泡能與噬菌體（PHM-2）相結合。其中，往往伴隨著尾鞘縮短與衣殼染色密度的改變，證明了該現象確實是噬菌體注入核酸進行錯誤性侵染的結果而非一種人工產物或偶然性重疊。我們最近的研究發現，海綿共附生擬桿菌（Tenacibaculum mesophilum）產生的膜囊泡同樣能夠與周圍環境的噬菌體結合（數據未展示）。據我們所知，目前，關于海洋細菌膜囊泡與噬菌體防御方面的文獻報道僅有1篇[28]。這些細胞外囊泡的釋放降低了細胞被感染致死的可能性。據此，我們可以想象：海洋生態系統中存在的大量細菌膜囊泡可能代表了一類能夠影響海洋噬菌體感染進程的顆粒，它們通過改變病毒感染動力學從而調節海洋微生物的群落結構與豐度。

2.2 加速噬菌體侵染的擴散功能

在病毒與宿主的相互作用中，膜囊泡等細胞外囊泡也能夠在侵染細胞的過程中發揮作用，從而促進病毒的復制擴散與生態位的占據。早在1978年，Loeb和Kilner[52]研究發現T4噬菌體能侵染并提高大腸桿菌釋放膜囊泡的能力，且細胞在感染前后釋放的囊泡膜的蛋白質組成相似。事實上，這些囊泡結構不僅內含宿主細胞編碼分子，而且可能包含病毒基因片段與蛋白等重要信息，甚至是增殖后的病毒顆粒[17,53-54]。根據Tzipilevich等[55]的研究可知，枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）釋放的膜囊泡能通過膜融合轉移病毒受體YueB，導致其他物種更易受到噬菌體SPP1感染。這種由囊泡介導的細胞表面成分交換的機制，促進了噬菌體對其他處于同一生態位的非宿主物種的侵染，擴大了病毒宿主范圍（圖4b）。此外，在人體細胞外泌體與病毒的研究中，也有文獻指出COVID-19和HIV等病毒可能利用感染細胞釋放的細胞外囊泡轉移受體并擴大侵染范圍，甚至能躲避免疫系統從而促進病毒的胞間傳播[56-58]。

在海洋生態系統中，病毒每秒鐘引發1023例感染，每天殺死20%（生物量）的微生物，病毒感染的宿主特異性使其成為調控微生物群落的強大媒介[50-51]。理論上，海洋病毒很有可能將被感染細菌分泌的細胞外囊泡作為病毒顆粒的載體，從而達到繁殖和擴散的目的。據我們所知，目前該領域研究暫無報道，僅有1篇文獻以真核藻類及其噬菌體為研究對象。2017年，Schatz等[32]發現顆石藻（Emiliania huxleyi）受噬菌體PM04感染后釋放出的細胞外囊泡能夠延長病毒顆粒在水體的半衰期以維持有效的侵染性，從而加速病毒侵染同種藻類細胞的進程。與先前所述的抗病毒保護機制不同的是，該研究報道的囊泡并不能作為一種誘騙噬菌體感染的防御機制[28-29,49]。此外，這種機制下的海洋微生物囊泡是一類完全相反的、推動病毒感染動力學的生物納米顆粒。另一方面，細菌膜囊泡具有促進噬菌體在非宿主自然群落中的傳播和入侵的潛力，這使得處于同一生態位的微生物群落結構得到多重調控[55]。

2.3 維持細菌生長的營養機制

自然界中，微生物能通過從外界環境中攝取和利用所需的營養物質，以滿足其各項生理生化活動，從而維持和延續其生命形式。其中，膜囊泡在該方面扮演著重要角色，其主要是通過運輸金屬離子、攜帶受體、包裝水解酶等途徑協助母細胞獲取營養物質[20-21,59-61]。目前，這些研究多集中于陸地環境的微生物。例如，銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和結合分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）利用囊泡復合物轉運宿主環境中的鐵離子[20-21]；伯氏疏螺旋體（Borrelia burgdorferi）釋放攜帶水解酶與受體的膜囊泡降解基質蛋白以獲取外源多肽[59]；黃色黏球菌（Myxococcus xanthus）和溶桿菌（Lysobactersp.）分泌含有水解酶的囊泡殺死其他微生物獲取營養來源[60-61]。理論上，膜囊泡通過拓寬母菌獲取外源營養的途徑，增強了細菌在宿主或寡營養生境等惡劣環境中的存活能力，這種機制可能廣泛存在于微生物中。根據目前的測序數據可知，98%以上的微生物缺乏合成氨基酸的必要途徑或關鍵基因，其生長依賴于群落中的其他成員、宿主或環境所提供的氨基酸、維生素或輔助因子等必需營養[62]。對此，細菌膜囊泡相當于提供了一種有效的生存策略，維系了種群的持久存在。

在海洋生態系統中，微生物的生長可能因營養物質的缺乏而受到限制，而克服營養匱乏的機制是海洋微生物在惡劣環境中生存的關鍵[63-64]。在這種情況下，海洋細菌膜囊泡能通過攜帶水解酶與受體蛋白等策略維持微生物細胞的生存[42,65-68]。例如，假交替單胞菌中的Pseudoalteromonas distincta與海洋黃桿菌（Formosaspp.）能夠出芽形成攜帶水解酶的珍珠狀囊泡鏈，這種細胞表面附屬物不僅使單位細胞體積具有更多的表面酶，而且擴大了對聚合營養物的監測空間[65-66]。不同的是，交替單胞菌（Alteromonas macleodii）是直接向周圍海水環境釋放大量包裝有水解酶的囊泡，以此提高基質環境中可供細菌群落吸收利用的營養物質的濃度[42]。此外，分離自南極的希瓦氏菌（Shewanella vesiculosa）的囊泡中攜帶著水解酶與Ton-B依賴性受體并且表現出對革蘭氏陽性菌的溶解作用[67]，這可能也是與溶桿菌類似的一種捕食機制[60-61]。其所攜帶的Ton-B的外膜通道家族蛋白被認為是海洋細菌在營養限制條件下生存的一種機制[69]。與之相類似的，還有分離自南極的假交替單胞菌中的Pseudoalteromonas antarctica[68]。它們可能將膜囊泡作為酶與Ton-B受體的載體對所需營養物質進行識別與轉運等，以此適應南極極端的營養環境。相較于上述這些“自私”的攝取，原綠球藻的膜囊泡則能夠作為某些異養微生物的單一碳源并支持其生長，表現出另外一條營養流動途徑[28]。總而言之，相較于以孔蛋白進行被動轉運為生存策略的生物而言，細菌膜囊泡作為一種潛在的營養機制為海洋微生物提供了優勢，對整個海洋生態系統的營養通量和循環都具有重要意義。

2.4 介導水平基因轉移的重要模式

自然界中，原核生物能夠通過快速獲取維持其生存所需的遺傳特征以適應外界環境變化[70]。其中，遺傳的可塑性得益于細菌之間或細菌與其他物種之間通過水平基因轉移所進行的遺傳物質交流[71]，該過程往往導致物種的基因更具多樣性。通常，微生物可以通過接合、轉導、轉化以及基因轉移因子等途徑進行水平基因轉移。然而，隨著Dorward等[72]研究發現淋病奈瑟氏菌（Neisseria gonorrhoeae）膜囊泡介導耐藥性質粒的轉移，膜囊泡逐漸被認為是一種介導水平基因轉移的新型模式。目前，在革蘭氏陽性菌與陰性菌中均能觀察到由膜囊泡介導的基因轉移現象，包括耐藥性基因[73]、毒力相關基因[22]、代謝相關基因[74]等。這種基因轉移的模式，實現了不同代謝功能與基因跨越時間、空間和環境傳播，提升了細菌的環境適應性，加快了物種進化[75]。

根據Biller等[28,76]的研究可知，細菌囊泡在海洋環境中普遍存在、數量龐大（在近海表層水與馬尾藻海水樣品中的濃度分別達到約6×106顆粒/mL和3×105顆粒/mL），且囊泡中包含的多樣性與異質性DNA與33個門如變形菌門（Proteobacteria）、藍藻門（Cyanobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）等具有顯著的同源性。同時，Soler等[77]提出，磷脂雙分子層的包裹可能決定了DNA在海洋環境中的穩定存在。此外，Chiura等[70]在實驗室條件下證明，從海水中采集的膜囊泡確實能將營養缺陷標記DNA轉移到大腸桿菌中。種種證據表明，細菌膜囊泡可能充當了儲存與運輸遺傳信息的“倉庫”與載體，從而介導了海洋生態系統中大規模的水平基因轉移。目前，這種基因轉移機制在海洋中的研究主要集中在古細菌[53,77-80]。例如，嗜熱古菌（Thermococcus kodakaraensis）產生的囊泡能在熱液噴口的高溫環境中保護并轉移質粒，甚至在沒有感染的情況下傳遞病毒的基因組[53,78]。相似的，嗜鹽古菌（Halorubrum lacusprofundi）分泌的囊泡同樣可以作為其質粒的細胞間運輸載體，并通過類似病毒的機制“感染”其他細胞[79]。此外，Kwon等[80]對自然環境中囊泡的宏基因組測序也表明，細胞外囊泡可能是海洋微生物群落中多種視紫紅質基因轉移的載體。總之，膜囊泡可能是海洋環境中水平基因轉移的重要驅動力，使不同系統發育的微生物之間的基因交流更加復雜多樣，提升了物種對環境的適應性。

2.5 介導群體感應的重要模式

群體感應是指環境菌群密度達到閾值后，通過累積的信號分子如酰基高絲氨酸內酯（AHLs）、假單胞菌喹諾酮信號（PQS）等介導細胞間通訊，進而調控微生物群體的生理特征，如產生毒性、形成生物膜等的過程[81]。通常而言，群體感應分子是由微生物合成并釋放到環境中，與位于細胞膜或細胞質內的特定受體結合進而產生作用的[82]。然而，由于某些信號分子屬于疏水性化學物質，其分子擴散可能受到細胞磷脂雙分子層的阻礙[83]。針對這一現象，研究發現微生物能以膜 囊泡作 為群體 感應分 子的載體[30,41,83-84]。例如，銅綠假單胞菌利用囊泡傳遞PQS信號分子[83]；脫氮副球菌（Paracoccus denitrificans）也能將疏水性分子C16-HSL包裝至囊泡中運輸[84]。微生物以這種策略進行細胞間通訊，不僅解決了疏水性分子難以通過細胞膜的問題，而且使信號分子在囊泡運輸的過程中得到濃縮與穩定的優勢，促進了群體感應的發生。

在開放的海洋環境中，群體感應面臨的限制更加明顯：一方面，疏水性信號分子難以通過自由擴散作用于受體細胞；另一方面，即使信號分子能夠通過細胞膜傳播，由于海水近乎無限稀釋的特性，可能也難以達到引起群體感應的濃度閾值。在此情況下，基于細胞外囊泡的信號分子運輸模式對于水生生境中的微生物具有尤為重要的生態意義。Brameyer等[41]研究發現，哈維弧菌（Vibrio harveyi）能將疏水性信號分子CAI-1包裝至膜囊泡中，并以此引發群體感應。相似的，Li等[30]在施羅氏弧菌（Vibrio shilonii）產生的膜囊泡中也檢測到疏水性信號分子AHLs，這可能與群體感應誘導的對珊瑚共生體的致病性有關。總之，這種將細胞外囊泡作為一種納米尺度的信號傳輸載體的策略，促進了信號分子在水生環境中的長距離分布，對于調控海洋微生物群落的生理特征具有重要生態學意義。

2.6 調節微生物與宿主的共生機制

在長期的進化過程中，生物與微生物之間逐漸建立起了互惠共生的關系，從簡單低等的原生生物到高等的哺乳動物都普遍存在這種現象[33-35,85]。而隨著共生機制研究的不斷深入，人們逐漸發現共生微生物也能通過膜囊泡的形式調節宿主的各種生命活動[86-87]。例如，?ahui Palomino等[86]發現由乳桿菌屬（Lactobacillusspp.）主導的陰道微生物群的膜囊泡可能抑制人體組織的HIV-1感染；定居于人類腸道的脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）能通過膜囊泡在結腸炎過程中激活非經典的自噬途徑發揮保護作用[87]。相較于某些內源的條件致病菌或外部入侵的病原體[88]，這種由共生微生物分泌的膜囊泡參與了對宿主生命活動的調控，其介導的跨物種交流反而有利于維持宿主內環境的穩態。

然而，這種關系并不局限于陸地環境中的生物。海洋中的共生現象比陸地更為普遍、關系更加密切，包括藻類與固氮細菌或動物的互利共生以及動物之間的共棲、互利、寄生等各種類型[89]。但是，關于共生微生物細胞外囊泡在宿主中作用的研究才剛剛起步。目前已經在領鞭毛蟲（Salpingoeca rosetta）[33-35]、苔海綿（Tedaniasp.）[36]、貝螅（Hydractinia echinata）[37]、華美盤管蟲（Hydroides elegans）[38]、夏威夷短尾魷（Euprymna scolopes）[39]中發現了相似的現象。例如，我們實驗室在之前的研究中發現，擬桿菌門（Bacteroidetes）中的多株菌能夠通過膜囊泡促使苔海綿的浮游幼蟲進入附著狀態[36]，這可能與囊泡內部包裹的sRNA或精氨酸有關（資料未展示）。相同的，假交替單胞菌中的Pseudoalteromonas luteoviolacea等也能通過該途徑誘導華美盤管蟲的附著與變態[38]。此外，費氏弧菌（Vibrio fischeri）能上調主要外膜蛋白的轉錄，并以膜囊泡刺激其宿主“光器官”的發育[39]。據此，我們可以推測海洋細菌膜囊泡是一種廣泛存在的共生宿主發育刺激因子，能夠調控海洋真核生物生活史的轉變，對于維持海洋生物群落的穩定性至關重要。同時，少數研究也發現膜囊泡可能作為海水養殖致病菌如塔斯馬尼亞弧菌（Vibrio tasmaniensis）、殺魚愛德華氏菌（Edwardsiella piscicida）等的毒力因子擴散載體，進而參與海洋微生物對宿主的致病過程[90-92]。總而言之，不同類型的細菌可能因具有不同的生存策略而分泌具有功能差異性的膜囊泡，進而在宿主與微生物的相互作用中扮演著多重角色。而作為一種生物納米顆粒，膜囊泡表面攜帶或內部包裹的復雜信息物質或許才是細菌與真核宿主共生機制或致病機制的關鍵所在。

3 總結與展望

海洋是地球生態系統的關鍵組成部分。細胞外囊泡作為一類非細胞顆粒，來源于幾乎所有生物細胞，它們可能通過各種方式在海洋生態系統中發揮生物學功能。海洋微生物作為海洋生態系統中分布最廣、種類最多、豐度最大的一類生物，其所釋放出的膜囊泡因攜帶豐富多樣的內容物，將對海洋生物中的個體、種群、群落乃至生態系統產生重要影響。此外，基于膜囊泡在細菌-噬菌體互作與細菌營養機制等方面的潛在作用，我們推測海洋細菌膜囊泡可能影響生物地球化學循環，甚至是氣候變化。首先，海洋微生物膜囊泡能夠加速或減慢病毒感染過程，最終可能改變惰性溶解有機碳的釋放速率，影響到“微型生物碳泵”的效率。其次，由于膜囊泡攜帶各種復雜的代謝產物等，可以直接作為微生物的營養來源或獲取途徑，將直接影響其群落組成并促進惰性溶解有機碳的積累。此外，細菌膜囊泡可能提高了海水的營養鹽含量，并影響初級生產力與固碳效率。

目前，我們對其生態角色與生物功能研究尚淺、所知甚少。針對當前海洋細菌膜囊泡的研究概況，我們提出以下科學問題：（1）已發現膜囊泡具有防御噬菌體及促進噬菌體擴散的雙向作用，那么其是否參與及如何調節海洋生態系統中微生物與噬菌體間的平衡？其是否改變了海洋微型生物碳泵的效率？（2）基于囊泡中含有大量C源、N源、P源等營養組分，其在海洋生態系統中物質循環的輸出通量貢獻比率是多少？（3）已證實細菌膜囊泡是生物分子的載體，其所介導的海洋生物細胞間通訊尤其是共生體系中的作用機制值得深入研究。

現今，由于細胞外囊泡具有細胞間信息傳遞的功能以及作為診斷工具的實用性而成為熱點被廣泛研究，但在自然環境中仍有很多領域還未涉及，在基礎生物學上還有許多未解之謎。在海洋領域，關于細菌膜囊泡的大多數研究還停留在對某種現象的發現和觀察，或是通過蛋白質組學等手段將其攜帶的組分與相應的功能聯系在一起。盡管有不少文章推測膜囊泡在海洋生態系統中的各種潛在作用，但是這些假設和模型概念往往都缺乏進一步的實驗驗證。因此，在不同培養條件或自然條件下所開展的生化和生物信息學等研究仍然是解析膜囊泡功能與作用機制的關鍵點。不可否認，細胞外囊泡研究的一個主要挑戰是囊泡在大小、結構、內含物等方面的高度多樣性。其中，實驗室的特異性培養條件可能會改變膜囊泡的理化特性，這可能降低了研究結果的準確性與可重復性。此外，海洋細菌膜囊泡與病毒的粒徑存在一定重疊，導致這兩種生物實體難以區分，影響了對海洋生態系統中膜囊泡豐度的評估。另一方面，細菌膜囊泡領域暫未發現與真核生物外泌體相類似的特異性標記物，這就增加了鑒定和量化其生態功能的難度。未來，隨著細胞外囊泡生物學領域的擴大發展、組學技術的不斷進步，相信海洋細菌膜囊泡也將受到越來越多的關注，為進一步拓寬海洋微生物學的各個領域奠定基礎。