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Cell:细菌利用远程电信号招募其他的细菌物种
时间:2017-02-07 11:21:34  作者:网站编辑  来源:生物谷
美国加州大学圣地亚哥分校研究人员近期发现细菌解决它们的群落内的社会冲突,而且彼此间类似于大脑中的神经元那样进行通信。

  美国加州大学圣地亚哥分校研究人员近期发现细菌解决它们的群落内的社会冲突,而且彼此间类似于大脑中的神经元那样进行通信。如今,在一项新的研究中,他们在这些明显不那么简单的单细胞生物中发现另一种类似人类的特征。

  生活在各种各样的被称作“生物膜(biofilm)”的群落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群落中。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,“我们发现细菌生物膜群落能够通过电信号积极地调节不同细菌物种的运动行为。通过这种方式,生物膜中的细菌能够对不是它们的群落一部分的距离较远的细胞的行为实施远程的和动态的控制。”

  生物膜是在牙石等物体表面上形成较薄结构的细菌和其他微生物群落,高度抵抗化学物和抗生素。针对它们是如何形成的,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,然而这些关于它们的行为的信息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。

  但是细菌在它们的保护性生物膜村庄中安置下来,像专业的营销机构那样作出表现:通过向外发送电子信息给它们的群落打广告。这一发现推翻科学家和一般公众对这些所谓的低等生物的基本看法。

  论文第一作者、Süel实验室博士生Jacqueline Humphries说,“我们的研究证实生活在生物膜群落中的细菌做的事情类似于给朋友发送电子信息。事实上,我们发现的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,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群落产生的钾离子电信号将这种腔室中距离较远的细胞吸引到电振动生物膜的边缘。

  2015年夏天,Süel和他的团队发现生物膜群落内的振动解决了进行合作的单个细胞之间的社会冲突,毕竟这些细胞也不得不竞争食物。

  位于生物膜外边缘的细菌离生长所必需的营养物最近,这可能导致受到遮蔽的内部细菌细胞挨饿。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)”的方法:周期性地抑制外围的细菌细胞生长,从而让内部的细菌细胞获得营养物。

  此后不久,Süel和他的团队发现生活在生物膜群落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团队最新的发现---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---可能不仅是他们发现中最令人吃惊的部分,而且可能对于我们理解细菌如何影响人类健康起着最为重大的作用。

  Süel说,“我们最新的发现提示着我们的肠道微生物组等细菌群落中的混合物种组分可能通过电信号传递加以调节。细菌细胞和人肠道细胞甚至可能在人肠道内进行电学上的相互作用。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群落。”

关键字:远程、细菌
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