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細菌如何將記憶傳給后代?或有助對抗超級細菌

http://finance.sina.com   2018年04月16日 18:36   北京新浪網

  來源:科技日報

  本報記者 孫玉松

  “魚的記憶力很短,才3秒鐘。”《歲月神偷》裏的經典台詞,如今早已被科學證明並不准確。可是,如果有人告訴你,不僅魚有很長的記憶力,就連肉眼看不到的細菌也有記憶力,還能傳給“后來人”,你會信嗎?近日,天津大學化學院教授趙坤和美國研究人員合作發現,細菌細胞中存在着一種記憶因子,能將感官記憶“代代相傳”。

  無腦細菌靠刺激獲取記憶

  沒有中樞神經,更沒有大腦,細菌們如何擁有超強的代際傳遞記憶力?帶着好奇,記者採訪了趙坤教授。

  “我個人一直認為細菌是有‘記憶’的,它們的后代能夠記住祖先的表面感應信號。”趙坤说。從2009年開始,趙坤就一直從事細菌方面的研究,這次以綠膿桿菌作為研究對象的實驗已持續了多年,研究思路也幾經變化調整。趙坤解釋说,細菌沒有中樞神經系統,所以這種“記憶”並不是我們通常所说的人類認知意義上的大腦記憶。

  實際上,國際上已有研究發現部分微生物具有短暫的“記憶”行為。早在2016年,瑞士科學家曾發現,淡水和海水中廣泛存在的新月桿菌群體,在遭受外界某種警告事件(如鹽脅迫)時能夠産生一種集體記憶,從而增加它們的環境脅迫耐受性。

  “這類集體記憶行為,其實質多數是基於對外界化學信號濃度梯度的感應而産生,存在的時間相對較短。”趙坤说,“與以往研究最大的不同在於,我們的研究第一次追蹤到了單個細胞整個譜系的行為,發現了細菌的記憶秘密。細菌細胞能使通過表面感知而激發自身的一個信號分子濃度增加,將其作為一種‘記憶’信息,這種信息還可以在多代之間傳遞,從而幫助后代們更快更好地適應環境。”

  首次找到細菌生物被膜成因

  記者了解到,趙坤和美國同行選擇的綠膿桿菌菌株,可以在囊性纖維化患者的呼吸道中形成生物被膜,並導致持續的感染,是可致命菌。這種細菌還可在人工髖關節等外科植入物上形成細菌生物被膜,導致植入物失效和人體感染。

  記者查閲資料發現,細菌生物被膜是引起細菌持續性感染的常見致病機制,大約60%的臨床感染病例,都與細菌生物被膜的形成有關。但在早期的生物被膜形成過程中,可逆轉和不可逆的連接是如何聯繫在一起的?這些概念雖然早在上世紀30年代就被提到,可科學家們花了近90年的時間,如今才第一次真正了解它們如何攜手合作,幫助推動早期細菌生物被膜的形成。

  趙坤還介紹说,對於細菌的表面附着,以往人們通常認為,是細菌通過增加自身的黏度(比如分泌多糖)來增加表面附着的幾率,這是細菌的一個靜態適應過程,但這次研究徹底顛覆了以往的簡單認識。他們在研究中首次發現,細菌細胞內的信號分子循環性AMP的表達,以及IV型菌毛(參與細菌細胞活動的附屬物)的活動水平,這兩個事件是有節奏地互相連接的,兩個事件之間僅僅相隔幾個小時。“細菌通過這種有節奏的模式來感覺和記憶,這是它們能夠決定何時停止運動、靜止下來、不可逆地附着於一個表面,最終形成生物被膜的關鍵。”趙坤略顯興奮地说,“如果我們能理解並掌握細菌的這種記憶力代際傳遞,那有可能增強我們控制細菌群體的能力。”

  超級細菌或不再難對付

  記者了解到,早在這個研究結果出來前,趙坤團隊還曾在《自然》上發表過另一項針對細菌記憶的相關研究,發現並證明了細菌可以記住它們曾去過什麼地方,從而可以幫助它們更容易形成細菌菌落。這一次的研究則是從更基本的層面揭示了細菌細胞可以記憶它表面感知的信息。趙坤認為,他們的研究工作未來對人類更好地理解生物被膜,特別是其早期階段的形成機理,繼而更好地預防和治療由生物被膜引起的細菌感染會有積極意義。

  “這項研究還對未來如何阻止細菌的表面附着提供了一種全新思路。”趙坤说,“我們不僅僅要考慮細菌的黏度,今后還可以通過使細菌‘遺忘’的方式來降低細菌的表面附着,進而更好地控制細菌感染。讓我們更好地理解病原體如何能夠對抗生素産生耐藥性,這也將有助於我們更好地應對目前面臨的對抗生素免疫的‘超級細菌’難題。”

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