生活在各種各樣的被稱作“生物膜(biofilm)”的群落中的細(xì)菌給其他的細(xì)菌物種發(fā)送遠(yuǎn)程電信號(hào),從而招募新的成員到它們的生物膜群落中。
分子生物學(xué)教授GürolSüel說(shuō),“我們發(fā)現(xiàn)細(xì)菌生物膜群落能夠通過(guò)電信號(hào)積極地調(diào)節(jié)不同細(xì)菌物種的運(yùn)動(dòng)行為。通過(guò)這種方式,生物膜中的細(xì)菌能夠?qū)Σ皇撬鼈兊娜郝湟徊糠值木嚯x較遠(yuǎn)的細(xì)胞的行為實(shí)施遠(yuǎn)程的和動(dòng)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(xì)菌和其他微生物群落,高度抵抗化學(xué)物和抗生素。針對(duì)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(shí)際的應(yīng)用價(jià)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(xì)菌在它們的保護(hù)性生物膜村莊中安置下來(lái),像專業(yè)的營(yíng)銷機(jī)構(gòu)那樣作出表現(xiàn):通過(guò)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(xué)家和一般公眾對(duì)這些所謂的低等生物的基本看法。
JacquelineHumphries說(shuō),“我們的研究證實(shí)生活在生物膜群落中的細(xì)菌做的事情類似于給朋友發(fā)送電子信息。事實(shí)上,我們發(fā)現(xiàn)的這種機(jī)制是普遍存在的。我們發(fā)現(xiàn)來(lái)自一種物種的細(xì)菌能夠發(fā)送遠(yuǎn)程電信號(hào),從而會(huì)招募來(lái)自另一種物種的新成員。因此,我們鑒定出物種間信號(hào)傳遞的一種新機(jī)制和范例?!?br />
研究人員在他們的研究中,將實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)建模整合在一起,發(fā)現(xiàn)由枯草芽孢桿菌單個(gè)物種組成的生物膜能夠通過(guò)電信號(hào)招募另一種不同的細(xì)菌物種:銅綠假單胞菌。
利用微流體生長(zhǎng)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(hào)將這種腔室中距離較遠(yuǎn)的細(xì)胞吸引到電振動(dòng)生物膜的邊緣。
2015年夏天,Süel和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)生物膜群落內(nèi)的振動(dòng)解決了進(jìn)行合作的單個(gè)細(xì)胞之間的社會(huì)沖突,畢竟這些細(xì)胞也不得不競(jìng)爭(zhēng)食物。
位于生物膜外邊緣的細(xì)菌離生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物最近,這可能導(dǎo)致受到遮蔽的內(nèi)部細(xì)菌細(xì)胞挨餓。但是研究人員已發(fā)現(xiàn)生物膜振動(dòng)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(xì)菌細(xì)胞生長(zhǎng),從而讓內(nèi)部的細(xì)菌細(xì)胞獲得營(yíng)養(yǎng)物。
此后不久,Süel和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)生活在生物膜群落中的細(xì)菌彼此間在電學(xué)上通過(guò)被稱作“離子通道”的蛋白進(jìn)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(hào)傳遞方法。
Süel團(tuán)隊(duì)最新的發(fā)現(xiàn)---生物膜中的細(xì)菌能夠利用遠(yuǎn)程電信號(hào)招募其他的細(xì)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(duì)于我們理解細(xì)菌如何影響人類健康起著最為重大的作用。
Süel說(shuō),“我們最新的發(fā)現(xiàn)提示著我們的腸道微生物組等細(xì)菌群落中的混合物種組分可能通過(guò)電信號(hào)傳遞加以調(diào)節(jié)。細(xì)菌細(xì)胞和人腸道細(xì)胞甚至可能在人腸道內(nèi)進(jìn)行電學(xué)上的相互作用。我們的研究可能在未來(lái)導(dǎo)致人們開(kāi)發(fā)出新的基于電學(xué)的生物醫(yī)學(xué)方法來(lái)控制細(xì)菌行為和群落?!?