一個前所未有的新發現——細菌細胞之間在需要的時候也可以融合

2020-12-05 前沿科學與文化

就像我們人類一樣,許多種類的細菌長期生活在一起,有時彼此會伸出援助之手。對於細菌來說,可能是通過一種代謝物來相互幫助。 了解細菌之間如何相互作用,對於理解並解決日益增長的抗生素耐藥性問題至關重要,因為在這種問題中,傳染性致病細菌之間形成了強大的對抗抗生素的能力,致使抗菌藥物失效。

現在,來自德拉瓦大學(University of Delaware)的研究人員驚奇地發現,來自不同物種的細菌細胞居然可以通過融合細胞壁和膜來共享細胞內含物(包括蛋白質和RNA)來組成獨特的雜交細胞。蛋白質和RNA是調節基因表達並控制細胞代謝的分子。 這意味著,參與融合的細菌在此過程中交換了物質並失去了自己的部分身份。

這項史無前例的觀察結果於9月1日發表在Journal of the American Society for Microbiology(mBio)上。

Eleftherios PapoutsakisUnidel Eugene Du Pont兩人領導的研究小組研究了梭菌梭狀芽胞桿菌(Clostridium ljungdahlii)和丙酮丁醇梭菌(C. acetobutylicum)之間的相互作用,結果發現這兩種細菌在營養系統中協同工作,在生長中梭菌梭狀芽胞桿菌入侵了丙酮丁醇梭菌。 兩種細菌的細胞壁和細胞膜實現了融合,交換蛋白質和RNA形成雜交細胞,其中一些繼續分裂並實際上分化為特徵性孢子。

對此,Papoutsakis說道:「它們混合了各種機制來生存或進行新陳代謝,這是非同尋常的,因為我們一直認為每一種生物都有自己獨立的身份和機制。」

以前,研究人員已經觀察到細菌可以通過納米級小管交換某些小分子物質,但現在發現融合成雜交細胞來交換這是出乎意料的。

參與研究的博士生Kamil Charubin說道:「這是我們首次觀察到細菌細胞之間的融合,這也是物質交換的新機制。」儘管這種物種間微生物融合的現象現在是首次報導,但對於許多細菌來說,它很可能是普遍存在的。

那麼為什麼細菌會費心地融合在一起呢? 簡單的答案是因為這樣可使微生物之間共享某種增加其生存機率的機制。

例如,某些致病細菌可能會從其他抗藥性細菌中借用蛋白質,以增強自身的抗藥性。 為了逃避免疫系統的檢測,某些細菌可能從其他細菌那裡借用某種成分。 這也可能有助於解釋為什麼某些細菌難以在實驗室中培養生長。 這些難以培養的細菌可能與其他微生物結合或一起工作,並依靠它們而存在,而不是自行生長繁殖。

這項新的發現可能會影響人們對生物學進化的理解,因為一旦細菌物種共享了一種機制,它們就可以一起進化,而不是僅僅自己進化

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