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细菌也能建造“城市”? 科学家: 了解它们可以更好的揭示其弱点

日期:2017-08-22 来源:网友分享 作者:小玉科普

显微镜下的绿色光辉可能不会与现代广场一样绚烂,但对微生物学家凯瑟琳·科伊来说,她第一次看到这个繁华的城市也同样激动人心。作为牛津大学的博士生,她设计了一个散布着小孔的小塑料板,就像世界上最小的瑞士奶酪片,称为微流控芯片。这类似于许多细菌活着的多孔环境,比如土壤,她在这些环境中种下了不同的大肠杆菌菌种。然后用荧光蛋白标记每个菌株,使其具有独特的颜色,这将使科伊能够测量每一种细胞类型的数量。当她用一股稳定的水流把营养物质带到这个装置的时候,她看见细菌建造了一个“城市”——被称为生物膜的微生物群。

生物膜无处不在,在数百万的同胞中,有99.9%的原核生物都是在近距离的生活中生存的。这些聚类细菌的生物膜可以在烧瓶和导管上制造不可能消除的感染,它们污染了从下水道到牙齿的一切。数十亿的细菌可以生活在单一的生物膜中,它们可以通过一种叫做细胞外基质的糖和蛋白质的粘性组合来掩盖自己,这种组合可以有效地将它们粘贴到其选择的表面上。生物膜的基质和物理形态都能保护住在结构中心的细胞免受捕食者和抗生素的攻击。生物膜的大小和细胞内部的相互作用使不同的细胞有机会专门从事某一特定的任务,例如获取食物,破坏掠食者,或者作为遗传物质的储备来重新排列整个结构。

科伊现在是纽约纪念斯隆凯特林癌症中心的博士后,她和同事们发现了水的流动和细菌的数量可以限制和重新配置生物膜的生长。他们的研究成果证明了流体力学剪切和细胞外基质的粘性等物理因素使微生物生长塑造成复杂的集体。这些研究为破解生物膜的形成和演化规律提供了重要的一步。

这些生物物理力量就像生物膜城市的普遍分区规则:它们控制着"居民"如何获得食物和建筑材料,如何移动以及如何相互作用。就像城市规划者利用他们的土木工程原理和规章制度来为人们建造更好的城市一样,微生物学家和生物工程师可以利用这些规则来让生活在我们周围的数十亿的细菌变得更加“友好”。

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