美國懷俄明州立大學(xué)的科學(xué)家在11月7日的PLOS Genetics雜志上發(fā)表了一項(xiàng)研究報(bào)道，他們發(fā)現(xiàn)了粘細(xì)菌識(shí)別相關(guān)菌株的分子機(jī)制，這種機(jī)制能引起其外膜短暫融合以交換脂肪和蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，黃色粘球菌交換細(xì)胞成分來幫助單個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)變成多細(xì)胞生命。而且，這個(gè)機(jī)制在細(xì)菌如何適應(yīng)壓力——包括抗生素耐藥性中發(fā)揮作用。
單個(gè)細(xì)胞如何識(shí)別彼此、合作和組裝成功能性組織是生物學(xué)界的一個(gè)根本問題。盡管多細(xì)胞性是真核生物的一個(gè)典型特征，某些群體的細(xì)菌也表現(xiàn)出復(fù)雜的多細(xì)胞行為，粘細(xì)菌就是一個(gè)的例子。例如，在饑餓條件下，粘細(xì)菌會(huì)聚集形成子實(shí)體，在子實(shí)體中，數(shù)以千計(jì)的細(xì)胞在發(fā)育和細(xì)胞變異中起一個(gè)“連貫單元”的作用。然而，粘細(xì)菌或者其它細(xì)菌，是如何通過細(xì)胞接觸-依賴相互作用來識(shí)別合作的搭檔細(xì)胞，仍然沒有充分的了解。
由美國懷俄明州立大學(xué)農(nóng)業(yè)和資環(huán)學(xué)院生物分子系的副教授Daniel Wall帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，在11月7日的PLOS Genetics雜志上發(fā)表了一項(xiàng)研究，描述了一種機(jī)制，通過這種機(jī)制，粘細(xì)菌辨別兄弟姐妹和來自其它粘細(xì)菌的同生群細(xì)胞。研究表明，這種分子識(shí)別是由一個(gè)稱為TraA的細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的。
黃色粘球菌是一種土壤細(xì)菌，Wall稱，這種細(xì)菌非常的與眾不同，他們是有社會(huì)性的。它們彼此之間相互作用，組成細(xì)胞單元，表現(xiàn)出例如越過土壤表面的團(tuán)體運(yùn)動(dòng)這樣的行為。在饑餓條件下，近緣菌也會(huì)聚集形成成多細(xì)胞結(jié)構(gòu)。Wall說，“它們生活在土壤中，這是一種由成千上萬不同微生物種類組成的世界性環(huán)境，粘細(xì)菌具有識(shí)別彼此的能力，在饑餓條件下，它們聚集在一起，建立肉眼可見的驚人的子實(shí)體結(jié)構(gòu)”。這些結(jié)構(gòu)中的一些，具有類似樹一樣的莖和分枝。細(xì)菌的聚集使它們離開一個(gè)表面，能夠被風(fēng)、水或者動(dòng)物傳播到一個(gè)更可持續(xù)的環(huán)境。
Wall想確定細(xì)胞識(shí)別的分子機(jī)制。他們斷定，traA——一個(gè)外膜物質(zhì)傳送所必需的基因，起了一個(gè)細(xì)胞表面受體的作用。他們也發(fā)現(xiàn)，粘細(xì)菌在它們合伙進(jìn)行外膜交換時(shí)，表現(xiàn)出具有歧視性的行為，這些有選擇性的相互作用與在周圍病原體的TraA受體中發(fā)現(xiàn)的超變量序列變異有關(guān)。
為了驗(yàn)證是否TraA多態(tài)性控制細(xì)胞間的識(shí)別，研究者將traA等位基因從一個(gè)菌株交換到另外一個(gè)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的菌株會(huì)識(shí)別屬于新traA等位基因的群組，而不是其舊的識(shí)別群組。Wall稱，“這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明，traA是分子特異性的決定因素”。
為什么它們發(fā)生交換？
Wall說：“我們沒有完整的答案，我們認(rèn)為它們分享細(xì)胞物質(zhì)，來構(gòu)建一個(gè)細(xì)胞的合作團(tuán)隊(duì)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)能夠在多細(xì)胞活動(dòng)中發(fā)揮作用。目前，我們了解到，沒有其它細(xì)菌統(tǒng)表現(xiàn)這種行為——細(xì)胞具有涉及識(shí)別的一個(gè)受體，引起膜融合和物質(zhì)交換。”
研究者推測，這種交換是細(xì)菌修復(fù)受損細(xì)胞的一種方式。搭檔細(xì)胞在近似相等的水平分享可交換的物質(zhì)。如果一個(gè)細(xì)胞缺乏一個(gè)特定蛋白，經(jīng)過外膜交換后，交換的兩個(gè)細(xì)胞將具有相同數(shù)量的這種蛋白。
Wall說，“當(dāng)你想一想，細(xì)菌生活在它們的環(huán)境中，不同年齡的細(xì)胞，接觸到各種各樣的環(huán)境損害和捕食者，因此細(xì)胞群體就變的多樣化——有些細(xì)胞是健康的，有些是受損傷的，其它的可能是饑餓的。外膜交換使得細(xì)胞與細(xì)胞因子混合，我們推測這將使種群變得更均勻和更健康” 。
Wall稱，相同種類的細(xì)菌——而不是不同的菌株或病原體，彼此之間通常是有對(duì)抗性的。“人們經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)，一個(gè)菌株會(huì)殺死相同種類的另外一個(gè)菌株。”
Wall說，這些成分通常被稱為細(xì)菌素——特殊的肽類或者蛋白，能夠識(shí)別其它親緣關(guān)系很近的細(xì)菌，除了編碼一個(gè)免疫蛋白之外，還能殺死它們。產(chǎn)生細(xì)菌素的細(xì)胞也不得不產(chǎn)生一個(gè)免疫因子保護(hù)它自己免受毒素的傷害。任何不具有這個(gè)免疫因子的相關(guān)鄰近細(xì)胞都會(huì)被殺死。他說，“在兩個(gè)不屬于同一識(shí)別組群的菌株之間交換traA基因，使它們能夠交換外膜物質(zhì)，為它們提供保護(hù)，使它們不被殺死。我們已經(jīng)解釋了這個(gè)結(jié)果，意味著有一個(gè)免疫因子能夠在細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)”。
Wall稱，引申開來，交換過程也在抗生素抗性中發(fā)揮作用。這項(xiàng)工作為細(xì)菌細(xì)胞如何相互作用描述了一種新*，也對(duì)微生物在我們體內(nèi)是如何相互作用提出了新的見解。“細(xì)胞能夠利用這種機(jī)制進(jìn)行溝通交流，新功能能在細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)，”他說。
這項(xiàng)研究也適用于發(fā)生在細(xì)菌的地盤——土壤中的過程。“我們實(shí)驗(yàn)室的粘細(xì)菌物種在土壤中很常見，”Wall說。“它們捕食其它細(xì)菌和真菌生物，包括農(nóng)作物病原菌。粘細(xì)菌也不會(huì)傷害作物，在一個(gè)單獨(dú)的項(xiàng)目中，我們正在探索粘細(xì)菌作為作物保護(hù)的一種生物控制劑的實(shí)用性。
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