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      解釋纖毛在確保某些細(xì)菌被排除在生物體外的積極作用
      
			
      
				2019-05-28 10:10:26
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      想象一下一個(gè)俱樂部場景 - 天鵝絨繩子上的保鏢選擇哪些人進(jìn)入俱樂部。南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院機(jī)械工程教授伊娃·坎索(Eva Kanso)解釋說，這是一種有機(jī)體中的纖毛。Kanso應(yīng)用這個(gè)類比來解釋她的新論文“Motile cilia為主動(dòng)微生物組的主動(dòng)募集創(chuàng)造流體機(jī)械微生境”，與夏威夷大學(xué)馬諾阿分校太平洋生物科學(xué)研究中心和斯坦福大學(xué)的研究人員共同撰寫，解釋纖毛在確保某些細(xì)菌被排除在生物體外的積極作用，同時(shí)選擇性地允許其他共生細(xì)菌進(jìn)入。
      

      解釋纖毛在確保某些細(xì)菌被排除在生物體外的積極作用
      

      該論文發(fā)表在“美國國家科學(xué)院院刊”上，描述了流體力學(xué)在生物體中釋放共生細(xì)菌和增強(qiáng)共生體與宿主生物體之間化學(xué)通訊的作用的框架。結(jié)果與先前的研究相反，該研究假設(shè)纖毛僅發(fā)揮“清除功能”。它們可以揭示纖毛的作用 - 纖毛在人類呼吸系統(tǒng)甚至生殖系統(tǒng)和大腦中的大小都是人類頭發(fā)中的百分之一。他們的研究結(jié)果還可以提供有關(guān)器官內(nèi)纖毛功能障礙如何影響的見解，例如肺部疾病或不孕癥(纖毛如何幫助精子到達(dá)卵子)。
      

      要了解纖毛如何在人體中發(fā)揮作用，Kanso與共生專家McFall-Ngai和生物流體專家Janna Nawroth合作研究了短尾魷魚。研究人員研究了這些魷魚在其新生階段如何允許共生細(xì)菌Vibrio Fischeri進(jìn)入它們的纖毛光器官，這些器官在夜間捕食食物的過程中對隱藏半透明生物的墨袋起著至關(guān)重要的作用。學(xué)者們試圖了解：為什么這種細(xì)菌可以進(jìn)入，為什么所有細(xì)菌都不能在魷魚的光器官內(nèi)積聚?此外，他們試圖解釋纖毛在允許進(jìn)入方面的作用(如果有的話)?
      

      Kanso和McFall-Ngai與主要作者，Emulate公司的首席研究員Janna Nawroth和南通大學(xué)Kanso實(shí)驗(yàn)室的博士生Hanliang Guo將魷魚放在顯微鏡下，然后將其暴露在含有Vibrio Fischeri細(xì)菌的水中。這個(gè)過程模仿了大自然中發(fā)生的事情：細(xì)菌最終落入了魷魚的光器官中的正確位置。為了確定纖毛在此過程中是被動(dòng)還是活躍，研究人員需要了解細(xì)菌是否游入墨水袋或?qū)嶋H上是否受到魷魚宿主內(nèi)其他結(jié)構(gòu)和過程的幫助。然后研究人員重復(fù)了相同的實(shí)驗(yàn)，沒有活細(xì)菌 - 但有顆粒與細(xì)菌大小相同，即直徑為1微米。他們發(fā)現(xiàn)的是顆粒積聚在同一個(gè)地方 - 證明了宿主(魷魚)的物理機(jī)制在起作用。然后，第二階段實(shí)驗(yàn)包括較大的顆粒(約4微米)。人們可能會(huì)認(rèn)為較大的顆粒與光器官接觸的可能性更大 - 但他們沒有。這表明直接攔截不是粒子捕獲的主要機(jī)制，而其他一些因素正在起作用。研究人員著手研究纖毛在過濾顆粒中產(chǎn)生的流體流動(dòng)的作用。
      

      經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)查，Kanso和Nawroth發(fā)現(xiàn)纖毛產(chǎn)生的旋渦或“甜甜圈”流動(dòng)正在踢掉大部分顆粒。使用由Kanso和Guo開發(fā)的基于物理的數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證了流體運(yùn)動(dòng)在按尺寸過濾顆粒中的作用。Kanso描述了纖毛似乎扮演“機(jī)械門”的角色。
      

      然后研究人員繪制出整個(gè)光器官的纖毛表面及其產(chǎn)生的流場。核心研究結(jié)果之一是兩種不同類型的纖毛發(fā)生了兩種截然不同的流動(dòng)。較長的纖毛以“波浪狀”的方式移動(dòng)，形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的流場，過濾顆粒，然后是較短的纖毛，隨機(jī)地將顆粒保持在適當(dāng)位置并輕輕混合局部流動(dòng)。纖毛和液體混合的這種隨機(jī)運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)了細(xì)菌的化學(xué)篩選。為了進(jìn)一步證明纖毛發(fā)揮的重要作用，研究人員還發(fā)現(xiàn)，如果纖毛被“殺死”，顆粒將在生物體的任何地方積聚。
      

      Kanso和她的合作者正在開發(fā)一種微流體平臺(tái)，用于測試Vibrio Fischeri對宿主纖毛光器官呈現(xiàn)的不同流動(dòng)和化學(xué)信號的反應(yīng)。該平臺(tái)將用作研究工具，以研究每種信號在細(xì)菌向纖毛表面募集中的相對重要性。
      
			

			
        
      
			
      
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