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      細(xì)菌的流動(dòng)性如何像人類的運(yùn)動(dòng)一樣
      
			
      
				2019-02-27 10:48:18
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      細(xì)菌會(huì)像我們一樣控制它們的“行走”嗎?這可能聽起來(lái)很奇怪，但這是一個(gè)基本問(wèn)題。了解細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)性不僅可以擴(kuò)展我們對(duì)其行為的理解，還可以有助于對(duì)抗某些侵略性病原體。然而，這個(gè)問(wèn)題沒有得到解答，因?yàn)槲⑸飳W(xué)家缺乏直接觀察細(xì)菌絲的工具。
      

      細(xì)菌的流動(dòng)性如何像人類的運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(xì)菌用來(lái)爬行的結(jié)構(gòu)。“細(xì)菌表面裝飾有蛋白質(zhì)細(xì)絲，參與運(yùn)動(dòng)，粘附，信號(hào)傳導(dǎo)和致病性，最終決定細(xì)菌如何與環(huán)境相互作用，”塔拉說(shuō)。“然而，它們非常小，以至于在活細(xì)胞中觀察它們是非常復(fù)雜的。所以我們對(duì)它們的動(dòng)態(tài)活動(dòng)知之甚少。”
      

      對(duì)于稱為IV型菌毛的結(jié)構(gòu)尤其如此：納米寬的細(xì)絲從許多細(xì)菌的表面延伸和縮回，幫助它們以稱為“抽搐運(yùn)動(dòng)”的方式行走。這個(gè)術(shù)語(yǔ)可能聽起來(lái)不是很嚴(yán)重，但它會(huì)機(jī)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(xì)菌銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)，這是一種常見于土壤中的機(jī)會(huì)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(yán)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(gè)細(xì)菌是否能協(xié)調(diào)IV型菌毛運(yùn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)它們的活力?“在我們對(duì)銅綠假單胞菌的IV型菌毛和機(jī)械激活毒力的研究中，一個(gè)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(xì)胞外，所以為什么我們不能直接想象他們?“
      

      為了克服這個(gè)問(wèn)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(xì)胞中看到這些納米寬的細(xì)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(xiàng)重大技術(shù)進(jìn)步，”Persat說(shuō)。“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?yàn)槲覀冏罱K能夠直接從培養(yǎng)物中動(dòng)態(tài)觀察活細(xì)菌中的菌毛。”
      

      為了理解IV型皮利運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性，科學(xué)家們專注于使用iSCAT精確計(jì)時(shí)表面連接，回縮和細(xì)胞體位移的連續(xù)性。該方法揭示了三個(gè)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(yùn)動(dòng)。
      

      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(dá)。其次，這種收縮增強(qiáng)了菌毛與表面的附著，增加了細(xì)菌的位移。最后，第二個(gè)更強(qiáng)的分子馬達(dá)強(qiáng)化細(xì)菌在高摩擦下的位移。
      

      這個(gè)序列表明，菌毛充當(dāng)傳感器，并揭示了細(xì)菌與表面相互作用的新機(jī)制。它還揭示了細(xì)菌利用感覺機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)其運(yùn)動(dòng)機(jī)器的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，這與包括人類在內(nèi)的高等生物移動(dòng)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(jī)械感覺信號(hào)以順序接合運(yùn)動(dòng)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(xì)菌使用觸覺來(lái)順序地接合分子馬達(dá)，產(chǎn)生延伸和縮回的循環(huán)，從而形成步行模式。”
      
			

			
        
      
			
      
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