知否|細菌世界看不懂:相鄰細胞能決定哪個細胞先死

2020-11-25 網易科技

（原標題：For bacteria, the neighbors co-determine which cell dies first）

作者 | 小小

出品 | 網易科技《知否》欄目組（公眾號：tech_163）


圖1：研究人員正利用顯微鏡觀察細菌樣本

細菌並不只是在飢餓階段才偶然死亡，周圍的細胞對其生死也有發言權。

德國慕尼黑工業大學(TUM)的研究小組發現，決定細胞生死有兩個最重要的因素：1）維持生命所需的能量；2）存活細胞從死亡細胞中回收生物質的效率。

細胞的存活和生長是生物系統的核心因素。因此，慕尼黑工業大學複雜生物系統物理學教授烏爾裡希·格蘭德(Ulrich Gerland)等科學家，正試圖理解分子成分如何相互作用，以維持一組細胞在應激狀態下的生存能力。

由格蘭德領導的研究小組現在已經成功地確定了細菌存活的兩個關鍵因素：細胞的基本能量消耗和存活細胞在每個相鄰的死亡細胞中所能獲得的能量數量，以此來衡量生物量的回收效率。

來自鄰近細胞屍體的營養物質

研究人員模擬了大腸桿菌細胞中缺乏糖和其他碳水化合物的緊急情況。在這種情況下，細菌既沒有糖分充當能量，也沒有可用的含碳水化合物充當食物。

當首批細胞死亡時，存活的細胞試圖從周圍的細胞屍體中獲得營養。某種酶的能量周轉率越高，死亡率就越高。周圍細胞從死亡細胞中回收的能量越多，存活率就越高。

圖2：烏爾裡希·格蘭德教授與其合著者埃琳娜·比塞利在他們的實驗室裡

格蘭德說:「我們的發現使定量確定單個分子成分對細菌細胞存活的貢獻成為可能，這還是第一次。」

作為集體現象的生存能力衰退

總的來說，存活細胞隨時間推移呈指數下降。原則上，這種發展可以用單個細胞的隨機死亡來解釋，就像放射性衰變也會呈現指數變化那樣。

但當研究人員改變實驗條件時發現，這種相互關係更為複雜。菌落的衰退是一種集體現象。因此，周圍的細菌細胞共同決定了它們中間的細胞是死亡還是存活。

圖3：這張照片顯示了其中一種細菌培養物

細胞死亡率的變化可由大量影響細菌生存的遺傳或生態擾動引起。因此，每種細菌和每種環境條件產生的平衡會截然不同。

為了了解這一動態，研究人員對整個細菌存活系統進行了數學建模。然後，他們利用這種關係來確定對細胞存活的分子貢獻。

根據細胞類型，可以確定細胞存活的重要分子因素，這有助於發現決定存活率的酶或其他蛋白質。格蘭德稱：「我們的目標是系統地、定量地了解細菌是如何在如此多的環境條件下生存的，這是對生存生理學的探索。」

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本文來源：知否 責任編輯：喬俊婧_NBJ11279

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