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挑战常规!细菌利用远程电信号招募其他的细菌物种

更新时间:2017-02-10 点击量:596

挑战常规!细菌利用远程电信号招募其他的细菌物种

在一项新的研究中,来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员发现生活在“生物膜(biofilm)”中的细菌给其他的细菌物种发送远程电信号,从而招募新的成员到它们的生物膜中。相关研究结果已发表在Cell期刊中,论文标题为“Species-Independent Attraction to Biofilms through Electrical Signaling”。

论文通信作者、加州大学圣地亚哥分校分子生物学教授Gürol Süel说,“我们发现生物膜中的细菌能够通过电信号积极地调节不同细菌物种的迁移行为。通过这种方式,生物膜中的细菌能够对远离生物膜的细菌的行为实施远程的和动态的控制。”

生物膜是一种由细菌和其他微生物群落在牙石等物体表面上形成的较薄结构,高度抵抗化学物和抗生素。对于它们是如何形成的,它们如何招募其他的微生物和抵抗攻击,人们知道的并不太多,然而了解它们的迁移行为具有实际的应用价值,比如阻止牙齿上的牙石形成从而避免在医院内感染上葡萄球菌。

但是细菌能在它们的保护性生物膜中安置下来,并通过向外发送远程电信号招募其他的细菌。这一发现了科学家和一般公众对这些所谓的低等生物的基本看法。

论文*作者、Süel实验室博士生Jacqueline Humphries说,“我们的研究证实生活在生物膜中的细菌做的事情类似于给朋友发送电子信息。事实上,我们发现这种机制是普遍存在的。我们发现来自一种物种的细菌能够发送远程电信号,从而会招募来自另一种物种的新成员。因此,我们鉴定出物种间信号传递的一种新机制和范例。”

研究人员在他们的研究中,通过将实验室实验与数学建模整合在一起,发现由枯草芽孢杆菌单个物种组成的生物膜能够通过电信号招募另一种不同的细菌物种:铜绿假单胞菌。

利用微流体生长腔室,研究人员记录了枯草芽孢杆菌生物膜产生的钾离子电信号将远离这种腔室的细铜绿假单胞菌吸引到这种发生电振动的生物膜的边缘。

2015年夏天,Süel和他的团队发现生物膜的电振动解决了进行合作的单个细胞之间的社会冲突,毕竟这些细胞彼此间也会竞争食物。

位于生物膜外边缘的细菌离生长所必需的营养物zui近,这可能导致位于生物膜内部的细菌挨饿。但是研究人员已发现生物膜振动产生一种他们称之为“代谢协同依赖性(metabolic codependence)”的解决方法:周期性地抑制外围的细菌生长,从而让内部的细菌获得营养物。

此后不久,Süel和他的团队发现生活在生物膜中的细菌彼此间在电学上通过被称作“离子通道”的蛋白进行通信。这种通信方法类似于人大脑中的神经元采用的电信号传递方法。

Süel团队的发现---生物膜中的细菌能够利用远程电信号招募其他的细菌物种---可能不仅是这些发现中zui令人吃惊的部分,而且可能对于我们理解细菌如何影响人类健康起着至关重要的作用。

Süel说,“我们的发现提示着我们的肠道微生物组等细菌群落中复杂的物种组分可能通过电信号传递加以调节。细菌和人肠道细胞甚至可能在人肠道内发生电学上的相互作用。我们的研究可能在未来导致人们开发出新的基于电学的生物医学方法来控制细菌行为和细菌群落。”