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研究發(fā)現(xiàn)：細菌會使用無線電波化學信號進行交流
科學家們表明，銅綠假單胞菌使用類似于無線電信號的化學信號進行交流，以幫助細胞連接在一起并形成群落。作者：珍妮絲·哈尼·卡爾/CDC 加州大學洛杉磯分校領(lǐng)導的研究可能對醫(yī)學和可持續(xù)性研究產(chǎn)生影響。 細菌聯(lián)合起來形成一個能夠合作、競爭和復雜交流的有社會組織的社區(qū)的想法，乍一看可能像是科幻小說中的東西——或者只是簡單粗暴。 但生物膜群落對人類健康有著重要的影響，從引起疾病到幫助消化。它們在一系列旨在保護環(huán)境和產(chǎn)生清潔能源的新興技術(shù)中發(fā)揮著作用。 加州大學洛杉磯分校領(lǐng)導的新研究可以為科學家提供見解，幫助他們培養(yǎng)有用的微生物或從生物膜形成的表面清除危險的微生物——包括人體組織和器官。該研究發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上，描述了當生物膜形成時，細菌如何使用類似于無線電傳輸?shù)幕瘜W信號與其后代進行交流。 研究人員表明，一種稱為環(huán)狀二鳥苷酸或 c-di-GMP 的信使分子的濃度水平可以隨著時間的推移和細菌的世代而以明確的模式增加和減少。研究發(fā)現(xiàn)，細菌細胞利用這些化學信號波為其后代編碼有助于協(xié)調(diào)菌落形成的信息。 在這種現(xiàn)象中，給定細胞是否附著在表面上會受到這些振蕩的特定形狀的影響——就像信息存儲在 AM 和 FM 無線電波中的方式一樣。 “由于這些振蕩協(xié)調(diào)了整個譜系的作用，大量細胞同時受到這些信號的控制，”通訊作者、加州大學洛杉磯分校薩繆利工程學院生物工程教授、化學與生物化學教授 Gerard Wong 說。加州大學洛杉磯分校學院和加州大學洛杉磯分校加州納米系統(tǒng)研究所的成員。“這意味著我們可能有一個新的旋鈕來控制或微調(diào)生物膜的形成，這就像細菌的大眾傳播一樣。”
在某些情況下，阻止生物膜的形成可能會挽救生命，例如對抗囊性纖維化患者肺部內(nèi)層的感染。 在其他情況下，增強培養(yǎng)生物膜的能力會有所幫助——例如，加強人體腸道中“好”細菌的菌落以幫助消化，或保護人們??免受致病微生物的侵害。包括加州大學洛杉磯分校的幾位科學家和工程師在內(nèi)的科學家和工程師正在努力開發(fā)細菌生物膜，這種生物膜可以分解塑料、食用工業(yè)廢物甚至在燃料電池中發(fā)電。 該研究為科學理解導致生物膜的機制增加了新的維度。在過去 20 年左右建立的當前范式認為，當細菌感知到表面時，該細胞開始產(chǎn)生 c-di-GMP，進而導致細菌附著在表面上。事實上，生物膜細胞的 c-di-GMP 水平通常高于經(jīng)常移動的細菌細胞。 第一作者、加州大學洛杉磯分校博士后研究員 Calvin Lee 與 Wong 及其隊友在 2018 年的出版物中開創(chuàng)了生物膜研究，重點是細菌在一代人之間進行交流的能力。在目前的研究中，該團隊闡明了細菌如何使用 c-di-GMP 信號來傳達表面的存在：不同高度和不同頻率的信號波可以由細胞傳遞給其后代。 這些化學信號分別類似于 AM 無線電 - 幅度調(diào)制，它根據(jù)無線電波的幅度或高度對給定信號進行編碼 - 和 FM 無線電 - 頻率調(diào)制，它根據(jù)信號中的振蕩次數(shù)對信號進行編碼在給定的時間段內(nèi)波動。 通過大數(shù)據(jù)和人工智能中通常使用的分析技術(shù)，研究人員確定了控制生物膜形成的三個重要因素：c-di-GMP 的平均水平、c-di-GMP 水平的波動頻率以及生物膜形成的程度。細胞在生物膜形成的表面上運動。 “現(xiàn)有的范例是一個輸入產(chǎn)生一個輸出，隨著信號水平的增加導致生物膜形成，”李說。“我們建議多重輸入最終會導致相同的輸出，并且細菌可以為它們的后代留下持久的信息。你需要看更多的東西才能獲得全貌。” 參考文獻： Calvin K. Lee、William C. Schmidt、Shanice S. Webster、Jonathan W. Chen、George A. O 的“調(diào)幅和調(diào)頻 c-di-GMP 信號的廣播促進細菌譜系中的合作表面承諾” 'Toole 和 Gerard CL Wong，2022 年 1 月 25 日，美國國家科學院院刊。 該研究的其他合著者是加州大學洛杉磯分校的研究生 William Schmidt 和 Jonathan Chen，以及達特茅斯學院的研究生 Shanice Webster 和 George O'Toole 教授。 該研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院、陸軍研究辦公室和美國國家科學基金會的支持。 文章出自：科信儀器 轉(zhuǎn)載時必須以鏈接形式注明作者和原始出處及本聲明。
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