生活在各種各樣的被稱作“生物膜(biofilm)”的群落中的細菌給其他的細菌物種發(fā)送遠程電信號,從而招募新的成員到它們的生物膜群落中。
分子生物學教授GürolSüel說,“我們發(fā)現(xiàn)細菌生物膜群落能夠通過電信號積極地調(diào)節(jié)不同細菌物種的運動行為。通過這種方式,生物膜中的細菌能夠?qū)Σ皇撬鼈兊娜郝湟徊糠值木嚯x較遠的細胞的行為實施遠程的和動態(tài)的控制?!?br />
生物膜是在牙石等物體表面上形成較薄結(jié)構(gòu)的細菌和其他微生物群落,高度抵抗化學物和抗生素。針對它們是如何形成的,它們?nèi)绾握心计渌奈⑸锖偷挚构?,人們知道的并不太多,然而這些關(guān)于它們的行為的信息具有實際的應(yīng)用價值,比如阻止牙齒上的牙石形成從而避免在醫(yī)院內(nèi)感染上葡萄球菌。
但是細菌在它們的保護性生物膜村莊中安置下來,像專業(yè)的營銷機構(gòu)那樣作出表現(xiàn):通過向外發(fā)送電子信息給它們的群落打廣告。這一發(fā)現(xiàn)推翻科學家和一般公眾對這些所謂的低等生物的基本看法。
JacquelineHumphries說,“我們的研究證實生活在生物膜群落中的細菌做的事情類似于給朋友發(fā)送電子信息。事實上,我們發(fā)現(xiàn)的這種機制是普遍存在的。我們發(fā)現(xiàn)來自一種物種的細菌能夠發(fā)送遠程電信號,從而會招募來自另一種物種的新成員。因此,我們鑒定出物種間信號傳遞的一種新機制和范例。”
研究人員在他們的研究中,將實驗室實驗與數(shù)學建模整合在一起,發(fā)現(xiàn)由枯草芽孢桿菌單個物種組成的生物膜能夠通過電信號招募另一種不同的細菌物種:銅綠假單胞菌。
利用微流體生長腔室,研究人員記錄了枯草芽孢桿菌群落產(chǎn)生的鉀離子電信號將這種腔室中距離較遠的細胞吸引到電振動生物膜的邊緣。
2015年夏天,Süel和他的團隊發(fā)現(xiàn)生物膜群落內(nèi)的振動解決了進行合作的單個細胞之間的社會沖突,畢竟這些細胞也不得不競爭食物。
位于生物膜外邊緣的細菌離生長所必需的營養(yǎng)物最近,這可能導(dǎo)致受到遮蔽的內(nèi)部細菌細胞挨餓。但是研究人員已發(fā)現(xiàn)生物膜振動產(chǎn)生一種他們稱之為“代謝協(xié)同依賴性(metaboliccodependence)”的方法:周期性地抑制外圍的細菌細胞生長,從而讓內(nèi)部的細菌細胞獲得營養(yǎng)物。
此后不久,Süel和他的團隊發(fā)現(xiàn)生活在生物膜群落中的細菌彼此間在電學上通過被稱作“離子通道”的蛋白進行通信。這種通信方法類似于人大腦中的神經(jīng)元采用的電信號傳遞方法。
Süel團隊最新的發(fā)現(xiàn)---生物膜中的細菌能夠利用遠程電信號招募其他的細菌物種---可能不僅是他們發(fā)現(xiàn)中最令人吃驚的部分,而且可能對于我們理解細菌如何影響人類健康起著最為重大的作用。
Süel說,“我們最新的發(fā)現(xiàn)提示著我們的腸道微生物組等細菌群落中的混合物種組分可能通過電信號傳遞加以調(diào)節(jié)。細菌細胞和人腸道細胞甚至可能在人腸道內(nèi)進行電學上的相互作用。我們的研究可能在未來導(dǎo)致人們開發(fā)出新的基于電學的生物醫(yī)學方法來控制細菌行為和群落。”