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研究發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌會(huì)使用無(wú)線電波化學(xué)信號(hào)進(jìn)行交流
科學(xué)家們表明，銅綠假單胞菌使用類似于無(wú)線電信號(hào)的化學(xué)信號(hào)進(jìn)行交流，以幫助細(xì)胞連接在一起并形成群落。作者：珍妮絲·哈尼·卡爾/CDC 加州大學(xué)洛杉磯分校領(lǐng)導(dǎo)的研究可能對(duì)醫(yī)學(xué)和可持續(xù)性研究產(chǎn)生影響。 細(xì)菌聯(lián)合起來(lái)形成一個(gè)能夠合作、競(jìng)爭(zhēng)和復(fù)雜交流的有社會(huì)組織的社區(qū)的想法，乍一看可能像是科幻小說(shuō)中的東西——或者只是簡(jiǎn)單粗暴。 但生物膜群落對(duì)人類健康有著重要的影響，從引起疾病到幫助消化。它們?cè)谝幌盗兄荚诒Ｗo(hù)環(huán)境和產(chǎn)生清潔能源的新興技術(shù)中發(fā)揮著作用。 加州大學(xué)洛杉磯分校領(lǐng)導(dǎo)的新研究可以為科學(xué)家提供見(jiàn)解，幫助他們培養(yǎng)有用的微生物或從生物膜形成的表面清除危險(xiǎn)的微生物——包括人體組織和器官。該研究發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上，描述了當(dāng)生物膜形成時(shí)，細(xì)菌如何使用類似于無(wú)線電傳輸?shù)幕瘜W(xué)信號(hào)與其后代進(jìn)行交流。 研究人員表明，一種稱為環(huán)狀二鳥(niǎo)苷酸或 c-di-GMP 的信使分子的濃度水平可以隨著時(shí)間的推移和細(xì)菌的世代而以明確的模式增加和減少。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌細(xì)胞利用這些化學(xué)信號(hào)波為其后代編碼有助于協(xié)調(diào)菌落形成的信息。 在這種現(xiàn)象中，給定細(xì)胞是否附著在表面上會(huì)受到這些振蕩的特定形狀的影響——就像信息存儲(chǔ)在 AM 和 FM 無(wú)線電波中的方式一樣。 “由于這些振蕩協(xié)調(diào)了整個(gè)譜系的作用，大量細(xì)胞同時(shí)受到這些信號(hào)的控制，”通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆利工程學(xué)院生物工程教授、化學(xué)與生物化學(xué)教授 Gerard Wong 說(shuō)。加州大學(xué)洛杉磯分校學(xué)院和加州大學(xué)洛杉磯分校加州納米系統(tǒng)研究所的成員。“這意味著我們可能有一個(gè)新的旋鈕來(lái)控制或微調(diào)生物膜的形成，這就像細(xì)菌的大眾傳播一樣。”
在某些情況下，阻止生物膜的形成可能會(huì)挽救生命，例如對(duì)抗囊性纖維化患者肺部?jī)?nèi)層的感染。 在其他情況下，增強(qiáng)培養(yǎng)生物膜的能力會(huì)有所幫助——例如，加強(qiáng)人體腸道中“好”細(xì)菌的菌落以幫助消化，或保護(hù)人們??免受致病微生物的侵害。包括加州大學(xué)洛杉磯分校的幾位科學(xué)家和工程師在內(nèi)的科學(xué)家和工程師正在努力開(kāi)發(fā)細(xì)菌生物膜，這種生物膜可以分解塑料、食用工業(yè)廢物甚至在燃料電池中發(fā)電。 該研究為科學(xué)理解導(dǎo)致生物膜的機(jī)制增加了新的維度。在過(guò)去 20 年左右建立的當(dāng)前范式認(rèn)為，當(dāng)細(xì)菌感知到表面時(shí)，該細(xì)胞開(kāi)始產(chǎn)生 c-di-GMP，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)菌附著在表面上。事實(shí)上，生物膜細(xì)胞的 c-di-GMP 水平通常高于經(jīng)常移動(dòng)的細(xì)菌細(xì)胞。 第一作者、加州大學(xué)洛杉磯分校博士后研究員 Calvin Lee 與 Wong 及其隊(duì)友在 2018 年的出版物中開(kāi)創(chuàng)了生物膜研究，重點(diǎn)是細(xì)菌在一代人之間進(jìn)行交流的能力。在目前的研究中，該團(tuán)隊(duì)闡明了細(xì)菌如何使用 c-di-GMP 信號(hào)來(lái)傳達(dá)表面的存在：不同高度和不同頻率的信號(hào)波可以由細(xì)胞傳遞給其后代。 這些化學(xué)信號(hào)分別類似于 AM 無(wú)線電 - 幅度調(diào)制，它根據(jù)無(wú)線電波的幅度或高度對(duì)給定信號(hào)進(jìn)行編碼 - 和 FM 無(wú)線電 - 頻率調(diào)制，它根據(jù)信號(hào)中的振蕩次數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼在給定的時(shí)間段內(nèi)波動(dòng)。 通過(guò)大數(shù)據(jù)和人工智能中通常使用的分析技術(shù)，研究人員確定了控制生物膜形成的三個(gè)重要因素：c-di-GMP 的平均水平、c-di-GMP 水平的波動(dòng)頻率以及生物膜形成的程度。細(xì)胞在生物膜形成的表面上運(yùn)動(dòng)。 “現(xiàn)有的范例是一個(gè)輸入產(chǎn)生一個(gè)輸出，隨著信號(hào)水平的增加導(dǎo)致生物膜形成，”李說(shuō)。“我們建議多重輸入最終會(huì)導(dǎo)致相同的輸出，并且細(xì)菌可以為它們的后代留下持久的信息。你需要看更多的東西才能獲得全貌。” 參考文獻(xiàn)： Calvin K. Lee、William C. Schmidt、Shanice S. Webster、Jonathan W. Chen、George A. O 的“調(diào)幅和調(diào)頻 c-di-GMP 信號(hào)的廣播促進(jìn)細(xì)菌譜系中的合作表面承諾” 'Toole 和 Gerard CL Wong，2022 年 1 月 25 日，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊。 該研究的其他合著者是加州大學(xué)洛杉磯分校的研究生 William Schmidt 和 Jonathan Chen，以及達(dá)特茅斯學(xué)院的研究生 Shanice Webster 和 George O'Toole 教授。 該研究得到了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院、陸軍研究辦公室和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持。 文章出自：科信儀器 轉(zhuǎn)載時(shí)必須以鏈接形式注明作者和原始出處及本聲明。
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