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      細菌群落使用復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如何蔓延。
      

      細菌群落使用復雜的策略進行長距離通信
      

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

      由Joseph Larkin和加州大學圣地亞哥分校的資深作者GürolSüel領導的研究結果將于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)邊緣的細胞比內部細胞更容易生長，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，生物膜內部的“饑餓”成員向外部的成員發(fā)送電化學信號。這些信號阻止了邊緣的消耗，允許營養(yǎng)物質通過內部細胞以避免饑餓。
      

      加州大學圣地亞哥分校生物科學博士后學者拉金說：“這樣可以保持內部足夠好，如果發(fā)生化學攻擊并取出一些外部細胞，那么受保護的內部就能夠繼續(xù)存在，整個人群都可以存活下來。” 。“至關重要的是，電化學信號應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菌群落如何能夠傳播這些電化學通信信號。與指定結構來傳遞稱為軸突的電化學信號的神經元不同，細菌群落缺乏這種復雜的結構。這引發(fā)了一個問題，即細菌如何在社區(qū)內長距離傳播信號。
      

      在篩選了大量細菌數據后，加州大學圣地亞哥分校的研究人員開始與普渡大學的Andrew Mugler和Xiaoling Zhai合作，后者提出滲透理論可以解釋細菌群落如何從細胞傳播到細胞的信號。
      

      滲透理論自20世紀50年代就已出現，并幫助物理學家描述信號如何通過不同組件的介質或網絡傳輸。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量，其中基巖的多孔性足以允許油在大面積上流動。
      

      在細菌群落中，信號在數百個細胞的連接路徑中從一個細胞傳遞到另一個細胞。使用熒光顯微鏡，研究人員能夠跟蹤“發(fā)射”(發(fā)射信號)的單個細胞?？茖W家們發(fā)現，激發(fā)細胞的比例及其在空間中的分布與滲透開始的理論預測完全匹配。換句話說，細菌群體中有一小部分發(fā)射細胞恰好處于沒有連通性和細胞間完全連通性之間的臨界點，也稱為臨界相變點。
      

      “我們都熟悉我們如何通過滲透來制作咖啡，這是一個有趣的轉折點，細菌似乎使用相同的概念來完成非常復雜的任務，即在細胞與細胞之間長距離有效地傳遞電化學信號，”Süel說。 。
      

      “有趣的是，這些細菌，即所謂的簡單單細胞生物，正在使用相當復雜的策略來解決這一社區(qū)層面的問題，”拉金說。“它足夠復雜，我們人類正在使用它來提取石油，例如。”
      
			

			
        
      
			
      
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