Trends in genetics：飢餓下細菌的鞭毛將消失

2020-09-16 學者藝術

細菌鞭毛在大多數情況下是有益的，但當能量來源較低時，它會成為一種負擔，因為它是為運動所需的非常昂貴組裝和能量。最近的電子冷凍斷層掃描和實時螢光顯微鏡研究表明，細菌可以在飢餓狀態下以程序化的方式去除鞭毛。

面對糧食和能源危機，人們能做些什麼？想像一下，一種細菌帶著鞭毛遊來遊去尋找食物，但有一段時間卻什麼也沒找到。這樣細菌就可以放慢螺旋槳的速度以節省能量。這可以通過分子制動器（YcgR）或離合器（MotI）來實現，該離合器以c-di-GMP依賴的方式直接作用於鞭毛馬達/定子蛋白，以阻止旋轉[1,2]。同時，不要製造新的或更多的鞭毛！這是很容易控制的，因為鞭毛成分的表達在轉錄和翻譯水平上根據環境線索精確而嚴密地調節；然而，最近幾項關於細菌鞭毛的研究發現，這些作用不足以克服危機。


細菌可以分解鞭毛細絲當營養物質

使用負染色電子顯微鏡（EM）成像是有限的，Ferreira等人觀察到一些γ蛋白細菌的鞭毛水平在不同的生長階段變化很大，在低細胞密度時鞭毛數目較多，但在後期的靜止期鞭毛數目很少，甚至沒有鞭毛[3]。進一步定量分析鞭毛的絕對數量，包括附著在細菌細胞上的鞭毛和生長介質中游離的鞭毛，表明細菌失去鞭毛的速度比在固定階段合成鞭毛的速度快。此外，上清液中的游離鞭毛同時含有鉤子和細絲，類似於新月形莖桿菌（Caulobacter crescentus）噴出的鞭毛，這表明觀察到的γ蛋白細菌很可能在鉤子底部噴射鞭毛。這一現象最近被另一個研究小組證實，他們在單細胞水平上通過實時螢光顯微鏡跟蹤鞭毛的組裝和拆卸過程[4]。莊等清晰地顯示了鞭毛細絲在細菌細胞體上的動態存在，順序如下：（1）從指數早期到指數中期，鞭毛大量產生，並在細胞分裂過程中始終在舊兩極形成；（2）進入指數晚期後，細菌停止了對新鞭毛的生物合成；（iii）在固定期，細菌開始主動分解鞭毛細絲，鞭毛水平不斷降低，但細菌細胞數量沒有增加。上述兩項研究也表明，鞭毛的喪失是由營養物質的消耗引起的，而營養物質的缺乏可以通過添加碳源來挽救[3,4]。以上兩種方法的定量測量表明，鞭毛的丟失不是隨機的破壞，而是為了應對營養限制而有意的噴射或分解。


原文連結：

https://www.cell.com/trends/microbiology/fulltext/S0966-842X(20)30127-X

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