2017年10月28日/
生物谷BIOON/---
細菌能夠附著到宿主體內的表面上。這種表面接觸會導致菌膜（biofilm）產生。菌膜是一種能夠抵抗
抗生素作用和免疫系統清除的多細胞結構，可導致人類出現嚴重的健康問題，並且威脅著至關重要的基礎設施，如供水系統和汙水管道系統。
儘管從傳統意義上講，細菌沒有感覺器官，但是它們仍然善於感知它們的環境。這是因為細菌具有觸覺。細菌會對表面接觸產生觸覺反應，從而導致細菌牢牢地固定在表面上。如今，在兩項發表在Science期刊上的研究中，兩個不同的研究團隊從不同的方面研究了
細菌的觸覺反應。
在第一項研究中，美國印第安納大學生物學教授Yves Brun及其團隊發現了細菌感知表面接觸和附著到這種表面上的方式。他們也發現一種欺騙
細菌讓它們誤認為感知到表面接觸的方法。這種表面接觸會觸發菌膜形成。相關研究結果發表在2017年10月26日的Science期刊上，論文標題為「Obstruction of pilus retraction stimulates bacterial surface sensing」。
圖片來自Courtney Ellison, Indiana University。
他們證實細菌利用一種超細的被稱作菌毛（pili）的髮狀附屬物動態地收縮，從而感知到表面接觸，並且附著到這種表面上，最終產生菌膜。菌毛是由上千種菌毛蛋白（pilin）組成的，而且是從細菌細胞中延伸出來的。在感知到表面接觸後，這些菌毛停止移動，隨後
細菌開始產生一種粘性極強的物質，或者說「生物粘附劑（bioadhesive）」，從而促進它們粘附到表面上和菌膜形成。
為了欺騙
細菌讓它們誤認為感知到表面接觸，Brun團隊將聚乙二醇（PEG）-馬來醯亞胺偶聯物（PEG-mal）附著到菌毛上，從而高效地阻斷菌毛移動。
為了觀察菌毛移動，Brun團隊將一種主要的菌毛蛋白中的一種天然的胺基酸替換為另一種被稱作半胱氨酸的胺基酸。馬來醯亞胺分子攜帶著螢光染料BODIPY或AF488（馬來醯亞胺-螢光染料偶聯物），結合到這種半胱氨酸上，從而對這種菌毛蛋白進行螢光標記，這樣就能夠揭示出這些菌毛的移動。更重要的是，這種螢光標記並不會影響這些菌毛的整體行為。他們也利用PEG-馬來醯亞胺偶聯物附著到菌毛上從而在物理上阻斷它們移動。
用於這項研究中的細菌是新月柄桿菌（Caulobacter crescentus），它是一種經常用於實驗室實驗中的
細菌。
Brun團隊也利用這項研究中開發的這種標記方法可視化觀察霍亂弧菌（Vibrio cholerae）產生的三類菌毛。菌毛在霍亂弧菌的毒力中發揮著重要的作用。如今，他們正在利用這種強大的工具理解霍亂弧菌如何使用它們。
接下來，Brun和同事們希望揭示出將菌毛移動與生物粘合劑產生關聯在一起的精確機制，這是因為這兩個過程存在關聯，但是這種關聯的精確性質一直是未知的。
在第二項研究中，來自瑞士巴塞爾大學生物中心的Urs Jenal教授及其團隊發現細菌不僅對化學信號作出反應，而且也具有觸覺。他們展示了
細菌如何識別表面，並在幾秒鐘內對這種機械刺激作出反應。這種機制也被病原菌用來在它們的宿主細胞中定植，並且攻擊這些細胞。相關研究發表在2017年10月26日的Science期刊上，論文標題為「Second messenger–mediated tactile response by a bacterial rotary motor」。
圖片來自University of Basel, Biozentrum。
這些研究人員利用非致病性的新月柄桿菌作為模式生物，首次能夠證實
細菌具有「觸覺」。這種機制有助它們識別表面和誘導它們產生它們自己的速幹膠（instant adhesive）。
遊動的新月柄桿菌在它們的胞外被膜（cell envelope）上具有一種旋轉馬達，即鞭毛。鞭毛是這種胞外被膜的一種長長的突出物。鞭毛的旋轉使得細菌能夠在液體中移動。令這些研究人員感到大為吃驚的是，這種旋轉馬達也作為一種機械傳感器加以使用。馬達旋轉是由質子通過離子通道流進細胞中驅動的。當遊動的
細菌細胞接觸到表面上時，這種馬達會受到幹擾，因而這種質子流受到破壞。
這些研究人員認為正是這種觸覺信號觸發這種反應：細菌細胞利用與這種旋轉馬達結合的雙鳥苷酸環化酶DgcB促進第二個信使分子（即環鳥苷二磷酸）合成，這接著又促進幾秒鐘內將細菌牢牢地固定在表面上的多糖粘附素（adhesin）產生。Jenal說，「作為一個令人印象深刻的例子，它解釋了當接觸到表面時，
細菌如何快速地和特異性地改變它們的行為。」（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Courtney K. Ellison, Jingbo Kan, Rebecca S. Dillard et al. Obstruction of pilus retraction stimulates bacterial surface sensing. Science, 27 Oct 2017, 358(6362):535-538, doi:10.1126/science.aan5706Isabelle Hug, Siddharth Deshpande, Kathrin S. Sprecher et al. Second messenger–mediated tactile response by a bacterial rotary motor. Science, 27 Oct 2017, 358(6362):531-534, doi:10.1126/science.aan5353Kelly T. Hughes, Howard C. Berg. The bacterium has landed. Science, 27 Oct 2017, 358(6362):446-447, doi:10.1126/science.aaq0143Biologists discover bacteria's 'sense of touch'