它们是有组织的
每当提起细菌,我们就有很多要担心,因为有越来越多的菌株,对于日益减少的抗生素储存库变得有抵抗力。去年,美国有一位女士被一种能够对抗每种抗生素的超级细菌杀死。
但是关于这个明显简单、我们称为细菌的单细胞生物,科学家继续发现更多令人忧虑的事实:例如它们以发射电子讯号的方式,来招募其他菌种加入它们的群组。
这是研究生物膜(biofilm)的新研究结论。每当细菌把自己粘在一个表面时,细胞的这个薄层和粘液就会形成,而且它可以教导我们更多有关这些微观群组如何生活。
生物膜被发现存在于各种地方,从牙齿上的齿菌斑到岩石的下面,而且它们是研究人员特别关注的,因为不是只有一种菌株在某个生物生长,而是细菌菌株组合起来,形成这些有粘性的黏薄膜,更难用化学药物和抗生素来治疗。
据估计,生物膜是造成超过80%身体所有微生物感染的原因。因此,如果我们能够找到更多有关它们如何形成,以及我们如何能够将它们分开,这将是医学上的重大胜利 。
现在一群来自加州大学圣地亚哥分校的科学家表示,细菌本质上是发出电子广告来招募新成员到它们的生物膜,从外部吸引不同的细菌物种。
首席研究员古罗‧苏尔(Gürol Süel)解释:「用这种方式,在生物膜内的细菌可以对不属于它们群组成员的远距离细胞的行为,进行远距离和动态控制。」
但好消息是,现在我们知道它是如何运作,这给了我们新的选择来处理生物膜,以及了解细菌如何在第一时间进行通讯和在一起工作。
这项新研究建立在同一团队之前的研究上,发现细菌可以经由电子讯号来通讯,就像神经元一样。 被称为离子通道(ion channel)的小细孔,允许带电荷的分子进出细胞。
这样,钾离子就能够以波形方式通过整个生物膜,就像一道讯息在公司的电子邮件列表上。当营养素偏低时,在群组中心的细胞发出这些带电脉冲,促使细菌朝向群组边缘来减缓它们的生长,并且停止狼吞虎嚥这么多的食物。
加州大学圣地亚哥分校最新的研究认为,这些通道也让细菌在远处相互交谈,以及在不同菌株之间交谈,甚至超出它们的生物膜群组范围;因为一旦钾离子到达生物膜边界,它们会继续向外扩散。
结果导致其他细菌细胞捡起这些离子,然后游向源头;因为被研究人员使用萤光染色来追踪细胞而注意到。这就好像是在呼叫城外的新朋友,来强化这个生物膜群落。
另一个团队的贾桂林‧汉弗瑞斯(Jacqueline Humphries)告诉大西洋(The Atlantic)杂志的艾德‧杨(Ed Yong):「令人惊讶的是,钾离子是所有细胞的基本货币。它允许物种在进化分裂之间进行交流,并且创造出混合群组。」
还有,这些科学家表示,他们的研究可能揭示有关肠道微生物群(microbiome)在人体内部运作的隐藏秘密,以及它如何以电子讯号自我调节;细菌和人类肠道细胞甚至可以在一起工作。
没有参与这项研究、来自威斯康辛大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)的海伦‧布莱克威尔(Helen Blackwell)告诉大西洋杂志:「这是一项惊人的工作,重新塑造我们所思考有关细菌如何互动以及生物膜如何形成。对于许多不同细菌透过电子讯号互动,它向我们展示了一种简单而通用的方法。」
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