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        研究人員揭示了具有相同基因型的細菌如何顯示不同表型的機制
        
			
        
				2018-12-29 09:06:06
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        細菌群體提出了一個有趣的難題：在所謂的同基因群體中，所有細菌都具有相同的基因，但它們?nèi)匀槐憩F(xiàn)不同，例如以不同的速度生長。奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(IST奧地利)的研究人員現(xiàn)在通過研究細菌大腸桿菌是如何分解蛋白質(zhì)復(fù)合物來解決這一難題的一部分，該蛋白質(zhì)復(fù)合物通過將多種藥物(如抗生素)從細胞中泵出來解毒細胞。
        

        研究人員揭示了具有相同基因型的細菌如何顯示不同表型的機制
        

        他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一種細菌分成兩部分時，泵蛋白就會分布，因此一種細胞比另一種細胞遺傳更多的泵蛋白。在低濃度抗生素中，遺傳更多泵蛋白的細菌細胞生長更快。分配泵蛋白是在細菌群體中實現(xiàn)不同行為的一種方式，并且可能是產(chǎn)生抗生素抗性的墊腳石。今天發(fā)表在“ 科學(xué)”雜志上的這項研究是由一位跨學(xué)科二人組成的：一位實驗主義者Tobias Bergmiller，以及來自IST奧地利C?lin Guet和GašperTka?ik的理論家Anna Andersson。
        

        細菌群體由數(shù)千種個體細菌組成，所有細菌都具有相同的基因組成。但是這些個體可以具有一系列表型，即外觀和行為不同，這是由于細胞中的隨機過程影響遺傳指令的使用方式。對于細胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)，細胞內(nèi)的液體，這些隨機分子過程包括蛋白質(zhì)分解的差異，或隨機分配到細胞分裂過程中形成的兩個細胞中。在目前的研究中，研究人員研究了圍繞細胞的細胞包膜中的蛋白質(zhì)復(fù)合物如何促成這種異質(zhì)性或表型的多樣性。
        

        研究的蛋白質(zhì)復(fù)合物AcrAB-TolC是將藥物從大腸桿菌細胞中泵出的主要蛋白質(zhì)復(fù)合物。它存在于細胞包膜中，其中蛋白質(zhì)聚集在一起作為“島”。與細胞溶質(zhì)不同，蛋白質(zhì)通常通過擴散充分混合，包膜中的蛋白質(zhì)可以不對稱地分離。這些簇中的一些形成于細胞極，即棒狀細菌的圓形末端，如大腸桿菌。在這些細菌中，細胞分裂“天生”的細胞可以通過其兩極來區(qū)分。一個細胞，即母細胞，保留了一個源自過去分裂的舊細胞極，其中外排泵蛋白形成穩(wěn)定的簇。
        

        作者表明，AcrAB-TolC在母細胞中的這些舊細胞極上積累。這些母細胞可以比沒有遺傳舊細胞極的子細胞更有效地泵出藥物。在低濃度的抗生素下，母細胞比子細胞生長得更快。基于這些觀察結(jié)果，研究人員開發(fā)了一種數(shù)學(xué)模型，以確定藥物泵的偏差分配如何影響細菌種群。他們發(fā)現(xiàn)能迅速抽出藥物的母細胞變得更加常見。隨著這種異質(zhì)性長期存在，這種極端表型變得更加普遍，人口變得異質(zhì)。
        

        C?lin Guet解釋了有偏見的分區(qū)可能是抗生素耐藥性的一步：“其他研究組最近的研究表明，在低濃度的抗生素中，導(dǎo)致抗生素耐藥性的突變很快就會出現(xiàn)。這種低濃度的分子越來越多地存在于天然抗生素中。事實上，關(guān)于抗生素選擇的研究發(fā)現(xiàn)，我們研究的基因AcrAB被擴增。細菌群體的異質(zhì)性是通過藥物外排泵的偏向分配機制產(chǎn)生的，正如我們所做的那樣。在我們的研究中發(fā)現(xiàn)，可能是細菌種群走向抗生素耐藥性的一塊墊腳石“。
        
			

			
          
        
			
        
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