美國懷俄明州立大學的科學家在11月7日的PLOS Genetics雜志上發(fā)表了一項研究報道，他們發(fā)現了粘細菌識別相關菌株的分子機制，這種機制能引起其外膜短暫融合以交換脂肪和蛋白。研究發(fā)現，黃色粘球菌交換細胞成分來幫助單個細胞轉變成多細胞生命。而且，這個機制在細菌如何適應壓力——包括抗生素耐藥性中發(fā)揮作用。
單個細胞如何識別彼此、合作和組裝成功能性組織是生物學界的一個根本問題。盡管多細胞性是真核生物的一個典型特征，某些群體的細菌也表現出復雜的多細胞行為，粘細菌就是一個的例子。例如，在饑餓條件下，粘細菌會聚集形成子實體，在子實體中，數以千計的細胞在發(fā)育和細胞變異中起一個“連貫單元”的作用。然而，粘細菌或者其它細菌，是如何通過細胞接觸-依賴相互作用來識別合作的搭檔細胞，仍然沒有充分的了解。
由美國懷俄明州立大學農業(yè)和資環(huán)學院生物分子系的副教授Daniel Wall帶領的團隊，在11月7日的PLOS Genetics雜志上發(fā)表了一項研究，描述了一種機制，通過這種機制，粘細菌辨別兄弟姐妹和來自其它粘細菌的同生群細胞。研究表明，這種分子識別是由一個稱為TraA的細胞表面受體介導的。
黃色粘球菌是一種土壤細菌，Wall稱，這種細菌非常的與眾不同，他們是有社會性的。它們彼此之間相互作用，組成細胞單元，表現出例如越過土壤表面的團體運動這樣的行為。在饑餓條件下，近緣菌也會聚集形成成多細胞結構。Wall說，“它們生活在土壤中，這是一種由成千上萬不同微生物種類組成的世界性環(huán)境，粘細菌具有識別彼此的能力，在饑餓條件下，它們聚集在一起，建立肉眼可見的驚人的子實體結構”。這些結構中的一些，具有類似樹一樣的莖和分枝。細菌的聚集使它們離開一個表面，能夠被風、水或者動物傳播到一個更可持續(xù)的環(huán)境。
Wall想確定細胞識別的分子機制。他們斷定，traA——一個外膜物質傳送所必需的基因，起了一個細胞表面受體的作用。他們也發(fā)現，粘細菌在它們合伙進行外膜交換時，表現出具有歧視性的行為，這些有選擇性的相互作用與在周圍病原體的TraA受體中發(fā)現的超變量序列變異有關。
為了驗證是否TraA多態(tài)性控制細胞間的識別，研究者將traA等位基因從一個菌株交換到另外一個，發(fā)現產生的菌株會識別屬于新traA等位基因的群組，而不是其舊的識別群組。Wall稱，“這個實驗證明，traA是分子特異性的決定因素”。
為什么它們發(fā)生交換？
Wall說：“我們沒有完整的答案，我們認為它們分享細胞物質，來構建一個細胞的合作團隊，這個團隊能夠在多細胞活動中發(fā)揮作用。目前，我們了解到，沒有其它細菌統(tǒng)表現這種行為——細胞具有涉及識別的一個受體，引起膜融合和物質交換。”
研究者推測，這種交換是細菌修復受損細胞的一種方式。搭檔細胞在近似相等的水平分享可交換的物質。如果一個細胞缺乏一個特定蛋白，經過外膜交換后，交換的兩個細胞將具有相同數量的這種蛋白。
Wall說，“當你想一想，細菌生活在它們的環(huán)境中，不同年齡的細胞，接觸到各種各樣的環(huán)境損害和捕食者，因此細胞群體就變的多樣化——有些細胞是健康的，有些是受損傷的，其它的可能是饑餓的。外膜交換使得細胞與細胞因子混合，我們推測這將使種群變得更均勻和更健康” 。
Wall稱，相同種類的細菌——而不是不同的菌株或病原體，彼此之間通常是有對抗性的。“人們經?？梢园l(fā)現，一個菌株會殺死相同種類的另外一個菌株。”
Wall說，這些成分通常被稱為細菌素——特殊的肽類或者蛋白，能夠識別其它親緣關系很近的細菌，除了編碼一個免疫蛋白之外，還能殺死它們。產生細菌素的細胞也不得不產生一個免疫因子保護它自己免受毒素的傷害。任何不具有這個免疫因子的相關鄰近細胞都會被殺死。他說，“在兩個不屬于同一識別組群的菌株之間交換traA基因，使它們能夠交換外膜物質，為它們提供保護，使它們不被殺死。我們已經解釋了這個結果，意味著有一個免疫因子能夠在細胞間轉運”。
Wall稱，引申開來，交換過程也在抗生素抗性中發(fā)揮作用。這項工作為細菌細胞如何相互作用描述了一種新*，也對微生物在我們體內是如何相互作用提出了新的見解。“細胞能夠利用這種機制進行溝通交流，新功能能在細胞間轉運，”他說。
這項研究也適用于發(fā)生在細菌的地盤——土壤中的過程。“我們實驗室的粘細菌物種在土壤中很常見，”Wall說。“它們捕食其它細菌和真菌生物，包括農作物病原菌。粘細菌也不會傷害作物，在一個單獨的項目中，我們正在探索粘細菌作為作物保護的一種生物控制劑的實用性。
