“簡單”細菌生物膜“畫”出復(fù)雜同心圓
一項近日發(fā)表于《細胞》的研究發(fā)現(xiàn)，細菌生物膜包含了被人們認為是植物和動物所獨有的結(jié)構(gòu)組織。
長期以來，人們認為生物膜——像細菌和真菌等微生物形成的黏糊塊狀物——在生物學(xué)上很簡單，只有一種原始的結(jié)構(gòu)組織。這與包括動物在內(nèi)的許多多細胞生物形成了鮮明的對比——在這些生物中，細胞可以在發(fā)育的不同時間和地點以不同的形式生長，從而產(chǎn)生復(fù)雜多樣的生物結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的Gürol Süel和同事發(fā)現(xiàn)，細菌生物膜并不像人們想象的那么簡單。
研究人員發(fā)現(xiàn)，生物膜在生長和消耗環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)時形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。隨著營養(yǎng)供應(yīng)的減少，就功能而言，某些細胞基本上“凍結(jié)”了。這被稱為“時鐘波峰模型”，以前只在動物和植物中看到過。
Süel和同事在一項實驗中發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，該實驗旨在探索枯草桿菌生物膜在缺乏重要的氮元素時的反應(yīng)——這通常會導(dǎo)致細菌細胞發(fā)生變化，使其在孢子形成的適應(yīng)過程中變得更有彈性。
但并非生物膜中的所有細胞都以同樣的方式適應(yīng)環(huán)境。研究人員證明，生物膜產(chǎn)生的減壓基因只能使部分細胞適應(yīng)環(huán)境，在大致呈圓形的生物被膜中形成同心圓環(huán)。這種類似樹木年輪的結(jié)構(gòu)符合“時鐘波峰模型”。
“如果僅認為生物膜是一團細菌細胞那就錯了。”Süel說，“它們的組織性很強，組織方式也非常有意義。這種組織結(jié)構(gòu)讓人聯(lián)想到脊椎動物和植物在發(fā)展過程中的一些變化，所以它們之間一定有某種聯(lián)系。”
Süel提出，這種方式可能是細菌使生物膜彈性細胞多樣化以增加存活機會的結(jié)果。
近年來，生物膜已被證明比人們想象的更加復(fù)雜，能夠進行遠距離通信等，但復(fù)雜結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)可能對簡單的單細胞生物和復(fù)雜的多細胞生物的劃分提出挑戰(zhàn)。了解這些細菌的生物膜真正的底層結(jié)構(gòu)，可能會改變對它們的利用方式。（來源：中國科學(xué)報 文樂樂）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.12.001
