科學家發現細菌能夠以電子方式通訊,我們應該要擔心

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它們是有組織的

每當提起細菌,我們就有很多要擔心,因為有越來越多的菌株,對於日益減少的抗生素儲存庫變得有抵抗力。去年,美國有一位女士被一種能夠對抗每種抗生素的超級細菌殺死

但是關於這個明顯簡單、我們稱為細菌的單細胞生物,科學家繼續發現更多令人憂慮的事實:例如它們以發射電子訊號的方式,來招募其他菌種加入它們的群組。

這是研究生物膜(biofilm)的新研究結論。每當細菌把自己粘在一個表面時,細胞的這個薄層和粘液就會形成,而且它可以教導我們更多有關這些微觀群組如何生活。

生物膜被發現存在於各種地方,從牙齒上的齒菌斑到岩石的下面,而且它們是研究人員特別關注的,因為不是只有一種菌株在某個生物生長,而是細菌菌株組合起來,形成這些有粘性的黏薄膜,更難用化學藥物和抗生素來治療。

據估計,生物膜是造成超過80%身體所有微生物感染的原因。因此,如果我們能夠找到更多有關它們如何形成,以及我們如何能夠將它們分開,這將是醫學上的重大勝利 。

現在一群來自加州大學聖地亞哥分校的科學家表示,細菌本質上是發出電子廣告來招募新成員到它們的生物膜,從外部吸引不同的細菌物種。

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首席研究員古羅‧蘇爾(Gürol Süel)解釋:「用這種方式,在生物膜內的細菌可以對不屬於它們群組成員的遠距離細胞的行為,進行遠距離和動態控制。」

但好消息是,現在我們知道它是如何運作,這給了我們新的選擇來處理生物膜,以及了解細菌如何在第一時間進行通訊和在一起工作。

這項新研究建立在同一團隊之前的研究上,發現細菌可以經由電子訊號來通訊,就像神經元一樣。 被稱為離子通道(ion channel)的小細孔,允許帶電荷的分子進出細胞。

這樣,離子就能夠以波形方式通過整個生物膜,就像一道訊息在公司的電子郵件列表上。當營養素偏低時,在群組中心的細胞發出這些帶電脈衝,促使細菌朝向群組邊緣來減緩它們的生長,並且停止狼吞虎嚥這麼多的食物。

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加州大學聖地亞哥分校最新的研究認為,這些通道也讓細菌在遠處相互交談,以及在不同菌株之間交談,甚至超出它們的生物膜群組範圍;因為一旦鉀離子到達生物膜邊界,它們會繼續向外擴散。

結果導致其他細菌細胞撿起這些離子,然後游向源頭;因為被研究人員使用螢光染色來追蹤細胞而注意到。這就好像是在呼叫城外的新朋友,來強化這個生物膜群落。

另一個團隊的賈桂林‧漢弗瑞斯(Jacqueline Humphries)告訴大西洋(The Atlantic)雜誌的艾德‧楊(Ed Yong):「令人驚訝的是,鉀離子是所有細胞的基本貨幣。它允許物種在進化分裂之間進行交流,並且創造出混合群組。」

還有,這些科學家表示,他們的研究可能揭示有關腸道微生物群(microbiome)在人體內部運作的隱藏秘密,以及它如何以電子訊號自我調節;細菌和人類腸道細胞甚至可以在一起工作。

沒有參與這項研究、來自威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的海倫‧布萊克威爾(Helen Blackwell)告訴大西洋雜誌:「這是一項驚人的工作,重新塑造我們所思考有關細菌如何互動以及生物膜如何形成。對於許多不同細菌透過電子訊號互動,它向我們展示了一種簡單而通用的方法。」

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這項研究成果發表於細胞(Cell)期刊

來源:ScienceAlert