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        細(xì)菌群落使用復(fù)雜的策略進行長距離通信
        
			
        
				2019-04-07 10:06:43
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        這是我們最終從一叢豆子里拿出一杯新鮮咖啡的方式。這是海洋石油鉆井平臺從海底下方密集的巖層中提取石油的方式。它甚至可以幫助解釋森林火災(zāi)如何蔓延。
        

        細(xì)菌群落使用復(fù)雜的策略進行長距離通信
        

        被稱為“滲透”的理論現(xiàn)在正在幫助加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的微生物學(xué)家解釋細(xì)菌群落如何能夠有效地遠(yuǎn)距離傳遞信號。曾被視為一個簡單的微生物群，已發(fā)現(xiàn)細(xì)菌群落 - 也稱為“生物膜” - 利用離子通道進行電化學(xué)通信，幫助社區(qū)茁壯成長并生存威脅，例如抗生素的化學(xué)攻擊。
        

        由Joseph Larkin和加州大學(xué)圣地亞哥分校的資深作者GürolSüel領(lǐng)導(dǎo)的研究結(jié)果將于7月25日發(fā)表在Cell Systems雜志上。
        

        生物膜社區(qū)居住在我們周圍的各個地方，從土壤到排水管道到牙齒表面。這些社區(qū)邊緣的細(xì)胞比內(nèi)部細(xì)胞更容易生長，因為它們可以獲得更多營養(yǎng)。為了保持這種邊緣增長并確保整個社區(qū)健康和平衡，生物膜內(nèi)部的“饑餓”成員向外部的成員發(fā)送電化學(xué)信號。這些信號阻止了邊緣的消耗，允許營養(yǎng)物質(zhì)通過內(nèi)部細(xì)胞以避免饑餓。
        

        加州大學(xué)圣地亞哥分校生物科學(xué)博士后學(xué)者拉金說：“這樣可以保持內(nèi)部足夠好，如果發(fā)生化學(xué)攻擊并取出一些外部細(xì)胞，那么受保護的內(nèi)部就能夠繼續(xù)存在，整個人群都可以存活下來。” 。“至關(guān)重要的是，電化學(xué)信號應(yīng)始終如一地傳遞到生物膜邊緣，因為這是必須停止生長的地方，以便社區(qū)從信號傳遞中獲得最大利益。”
        

        在接近他們的新研究時，研究人員試圖解釋細(xì)菌群落如何能夠傳播這些電化學(xué)通信信號。與指定結(jié)構(gòu)來傳遞稱為軸突的電化學(xué)信號的神經(jīng)元不同，細(xì)菌群落缺乏這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這引發(fā)了一個問題，即細(xì)菌如何在社區(qū)內(nèi)長距離傳播信號。
        

        在篩選了大量細(xì)菌數(shù)據(jù)后，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員開始與普渡大學(xué)的Andrew Mugler和Xiaoling Zhai合作，后者提出滲透理論可以解釋細(xì)菌群落如何從細(xì)胞傳播到細(xì)胞的信號。
        

        滲透理論自20世紀(jì)50年代就已出現(xiàn)，并幫助物理學(xué)家描述信號如何通過不同組件的介質(zhì)或網(wǎng)絡(luò)傳輸。在咖啡機中，熱水通過單獨的咖啡渣滲透到玻璃水瓶中。在石油工業(yè)中，鉆探者通過從滲透砂中提取石油來最大化其產(chǎn)量，其中基巖的多孔性足以允許油在大面積上流動。
        

        在細(xì)菌群落中，信號在數(shù)百個細(xì)胞的連接路徑中從一個細(xì)胞傳遞到另一個細(xì)胞。使用熒光顯微鏡，研究人員能夠跟蹤“發(fā)射”(發(fā)射信號)的單個細(xì)胞?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，激發(fā)細(xì)胞的比例及其在空間中的分布與滲透開始的理論預(yù)測完全匹配。換句話說，細(xì)菌群體中有一小部分發(fā)射細(xì)胞恰好處于沒有連通性和細(xì)胞間完全連通性之間的臨界點，也稱為臨界相變點。
        

        “我們都熟悉我們?nèi)绾瓮ㄟ^滲透來制作咖啡，這是一個有趣的轉(zhuǎn)折點，細(xì)菌似乎使用相同的概念來完成非常復(fù)雜的任務(wù)，即在細(xì)胞與細(xì)胞之間長距離有效地傳遞電化學(xué)信號，”Süel說。 。
        

        “有趣的是，這些細(xì)菌，即所謂的簡單單細(xì)胞生物，正在使用相當(dāng)復(fù)雜的策略來解決這一社區(qū)層面的問題，”拉金說。“它足夠復(fù)雜，我們?nèi)祟愓谑褂盟鼇硖崛∈停纭?rdquo;
        
			

			
          
        
			
        
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