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競爭信號(hào)分子控制細(xì)菌生長和行為
兩個(gè)相互競爭的信號(hào)分子控制著細(xì)菌的生活方式。
圖片來源：UNIVERSITY OF BASEL, BIOZENTRUM
細(xì)菌被認(rèn)為是真正的生存專家。它們能快速適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件，這主要是基于兩種相互競爭的信號(hào)分子。瑞士巴塞爾大學(xué)研究人員表示，作為新陳代謝控制的“競爭”分子決定了細(xì)菌的生活方式。
無論它們是病原體、深海微生物還是生活在土壤中的生物體，為了生存必須能迅速適應(yīng)其環(huán)境的各種變化，包括營養(yǎng)物質(zhì)的枯竭。
巴塞爾大學(xué)生物中心教授Urs Jenal和Tilman Schirmer 領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌使用兩種化學(xué)信號(hào)分子改變生活方式以適應(yīng)當(dāng)前的生活條件。研究人員在11月10日的《自然—微生物學(xué)》上發(fā)表了該研究結(jié)果。這兩種分子體現(xiàn)了兩種控制細(xì)菌生長和新陳代謝的相反力量。
研究人員以月牙形的新月柄桿菌作為模型生物，研究了細(xì)胞中兩個(gè)信號(hào)分子ppGpp和c-di-GMP的拮抗特性。這種細(xì)菌可以扮演兩種不同的角色：無法分裂的自由游動(dòng)和附著在表面的繁殖狀態(tài)。
生活方式和環(huán)境條件都影響兩種信號(hào)分子的濃度。信號(hào)分子ppGpp和c-di-GMP爭奪跟總開關(guān)的結(jié)合。“在攜帶高水平ppGpp的細(xì)菌中，這種蛋白質(zhì)被打開，細(xì)菌就很活躍。”Jenal說，“在這種狀態(tài)下，葡萄糖的消耗處于高潮。同時(shí)，產(chǎn)生的有害氧自由基被有效地中和。”這保證了代謝反應(yīng)適合運(yùn)動(dòng)游泳細(xì)胞的高能量需求，避免了細(xì)胞損傷。
在良好的生活條件下，有充足的營養(yǎng)，c-di-GMP水平會(huì)不斷上升，迫使細(xì)菌發(fā)展成無柄形態(tài)。“在這種情況下，c-di-GMP將ppGpp置換出來，改變其結(jié)構(gòu)并關(guān)閉。”Jenal說，“這改變了代謝反應(yīng)，允許細(xì)菌定居、生長和繁殖。”
通過分子主開關(guān)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系，這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)一直被認(rèn)為是獨(dú)立運(yùn)作的。研究人員表示，雖然新月柄桿菌是一種無害的環(huán)境細(xì)菌，但新發(fā)現(xiàn)的機(jī)制也可能在病原菌中發(fā)揮重要作用。
相關(guān)論文信息：http://dx.doi.org/10.1038/s41564-020-00809-4
