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        細菌的流動性如何像人類的運動一樣
        
			
        
				2019-02-27 10:48:18
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        細菌會像我們一樣控制它們的“行走”嗎?這可能聽起來很奇怪，但這是一個基本問題。了解細菌的運動性不僅可以擴展我們對其行為的理解，還可以有助于對抗某些侵略性病原體。然而，這個問題沒有得到解答，因為微生物學(xué)家缺乏直接觀察細菌絲的工具。
        

        細菌的流動性如何像人類的運動一樣
        

        現(xiàn)在，LorenzoTalà，博士。EPFL生物工程和全球健康研究所的Alexandre Persat實驗室的學(xué)生開發(fā)了一種顯微鏡方法，可以直接觀察許多細菌用來爬行的結(jié)構(gòu)。“細菌表面裝飾有蛋白質(zhì)細絲，參與運動，粘附，信號傳導(dǎo)和致病性，最終決定細菌如何與環(huán)境相互作用，”塔拉說。“然而，它們非常小，以至于在活細胞中觀察它們是非常復(fù)雜的。所以我們對它們的動態(tài)活動知之甚少。”
        

        對于稱為IV型菌毛的結(jié)構(gòu)尤其如此：納米寬的細絲從許多細菌的表面延伸和縮回，幫助它們以稱為“抽搐運動”的方式行走。這個術(shù)語可能聽起來不是很嚴重，但它會機械地激活某些病原體的毒力 - 這意味著它是打擊它們的主要目標(biāo)。
        

        科學(xué)家研究了細菌銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)，這是一種常見于土壤中的機會致病菌。它是導(dǎo)致醫(yī)院獲得性感染和囊性纖維化，創(chuàng)傷性燒傷和免疫功能低下患者嚴重感染的主要原因，現(xiàn)在在世界衛(wèi)生組織的抗生素耐藥觀察名單中排名第一。
        

        但單個細菌是否能協(xié)調(diào)IV型菌毛運動來驅(qū)動它們的活力?“在我們對銅綠假單胞菌的IV型菌毛和機械激活毒力的研究中，一個技術(shù)悖論一直是令人沮喪的根源：菌毛，菌毛，鞭毛和注射系統(tǒng)永久地延伸到單細胞外，所以為什么我們不能直接想象他們?“
        

        為了克服這個問題，科學(xué)家們探索了他們的合作者Philipp Kukura在牛津大學(xué)開創(chuàng)的一種新興的顯微鏡方法。使用稱為干涉散射顯微鏡(iSCAT)的技術(shù)，他們能夠在活細胞中看到這些納米寬的細絲，沒有任何化學(xué)標(biāo)簽，高速和三維。
        

        “iSCAT代表了微生物學(xué)領(lǐng)域的一項重大技術(shù)進步，”Persat說。“我們最近描述了可視化技術(shù)，并在不同學(xué)科的科學(xué)家中獲得了廣泛的積極反饋，因為我們最終能夠直接從培養(yǎng)物中動態(tài)觀察活細菌中的菌毛。”
        

        為了理解IV型皮利運動的協(xié)調(diào)性，科學(xué)家們專注于使用iSCAT精確計時表面連接，回縮和細胞體位移的連續(xù)性。該方法揭示了三個關(guān)鍵事件，這些事件導(dǎo)致跨越表面的成功和能量有效的運動。
        

        首先，菌毛尖端與表面的接觸激活了引發(fā)回縮的分子馬達。其次，這種收縮增強了菌毛與表面的附著，增加了細菌的位移。最后，第二個更強的分子馬達強化細菌在高摩擦下的位移。
        

        這個序列表明，菌毛充當(dāng)傳感器，并揭示了細菌與表面相互作用的新機制。它還揭示了細菌利用感覺機制來協(xié)調(diào)其運動機器的動態(tài)運動，這與包括人類在內(nèi)的高等生物移動四肢以產(chǎn)生位移的方式形成了驚人的類比。
        

        “人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)處理機械感覺信號以順序接合運動部件，從而引發(fā)肌肉收縮并導(dǎo)致步態(tài)，”Talà解釋道。“我們的工作表明，以同樣的方式，細菌使用觸覺來順序地接合分子馬達，產(chǎn)生延伸和縮回的循環(huán)，從而形成步行模式。”
        
			

			
          
        
			
        
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