挑戰常規！細菌利用遠程電信號招募其他的細菌物種

在一項新的研究中，來自美國加州大學圣地亞哥分校的研究人員發現生活在“生物膜（biofilm）”中的細菌給其他的細菌物種發送遠程電信號，從而招募新的成員到它們的生物膜中。相關研究結果已發表在Cell期刊中，論文標題為“Species-Independent Attraction to Biofilms through Electrical Signaling”。

論文通信作者、加州大學圣地亞哥分校分子生物學教授Gürol Süel說，“我們發現生物膜中的細菌能夠通過電信號積極地調節不同細菌物種的遷移行為。通過這種方式，生物膜中的細菌能夠對遠離生物膜的細菌的行為實施遠程的和動態的控制。”

生物膜是一種由細菌和其他微生物群落在牙石等物體表面上形成的較薄結構，高度抵抗化學物和抗生素。對于它們是如何形成的，它們如何招募其他的微生物和抵抗攻擊，人們知道的并不太多，然而了解它們的遷移行為具有實際的應用價值，比如阻止牙齒上的牙石形成從而避免在醫院內感染上葡萄球菌。

但是細菌能在它們的保護性生物膜中安置下來，并通過向外發送遠程電信號招募其他的細菌。這一發現了科學家和一般公眾對這些所謂的低等生物的基本看法。

論文*作者、Süel實驗室博士生Jacqueline Humphries說，“我們的研究證實生活在生物膜中的細菌做的事情類似于給朋友發送電子信息。事實上，我們發現這種機制是普遍存在的。我們發現來自一種物種的細菌能夠發送遠程電信號，從而會招募來自另一種物種的新成員。因此，我們鑒定出物種間信號傳遞的一種新機制和范例。”

研究人員在他們的研究中，通過將實驗室實驗與數學建模整合在一起，發現由枯草芽孢桿菌單個物種組成的生物膜能夠通過電信號招募另一種不同的細菌物種：銅綠假單胞菌。

利用微流體生長腔室，研究人員記錄了枯草芽孢桿菌生物膜產生的鉀離子電信號將遠離這種腔室的細銅綠假單胞菌吸引到這種發生電振動的生物膜的邊緣。

2015年夏天，Süel和他的團隊發現生物膜的電振動解決了進行合作的單個細胞之間的社會沖突，畢竟這些細胞彼此間也會競爭食物。

位于生物膜外邊緣的細菌離生長所必需的營養物zui近，這可能導致位于生物膜內部的細菌挨餓。但是研究人員已發現生物膜振動產生一種他們稱之為“代謝協同依賴性（metabolic codependence）”的解決方法：周期性地抑制外圍的細菌生長，從而讓內部的細菌獲得營養物。

此后不久，Süel和他的團隊發現生活在生物膜中的細菌彼此間在電學上通過被稱作“離子通道”的蛋白進行通信。這種通信方法類似于人大腦中的神經元采用的電信號傳遞方法。

Süel團隊的發現---生物膜中的細菌能夠利用遠程電信號招募其他的細菌物種---可能不僅是這些發現中zui令人吃驚的部分，而且可能對于我們理解細菌如何影響人類健康起著至關重要的作用。

Süel說，“我們的發現提示著我們的腸道微生物組等細菌群落中復雜的物種組分可能通過電信號傳遞加以調節。細菌和人腸道細胞甚至可能在人腸道內發生電學上的相互作用。我們的研究可能在未來導致人們開發出新的基于電學的生物醫學方法來控制細菌行為和細菌群落。”