清華新聞網(wǎng)1月3日電 細菌在營養(yǎng)匱乏的環(huán)境中如何生存是微生物學領(lǐng)域的一個基本問題,。浮游態(tài)細菌常通過提高營養(yǎng)轉(zhuǎn)運能力,、降低非必需活動等方式提高存活。群體狀態(tài)的細菌是否有更好的生存策略,？
1月2日,，清華大學基礎(chǔ)醫(yī)學院劉錦濤課題組在《自然·化學生物學》（Nature Chemical Biology）雜志上發(fā)表了題為”群體特異性細胞死亡維持細菌在磷饑餓下的擴張”（Community-specific cell death sustains bacterial expansion under phosphorus starvation）的論文。研究發(fā)現(xiàn),，細菌在磷供給缺乏時觸發(fā)群體特異性死亡的現(xiàn)象,，并通過回收含磷分子以維持群體擴張，展現(xiàn)了一種獨特的適應(yīng)機制,。
研究人員以大腸桿菌生物被膜為研究模型,，發(fā)現(xiàn)環(huán)境中的磷供給缺乏時，生物被膜仍然能夠維持長時間的擴張,。通過代謝組學的方法發(fā)現(xiàn),，磷供給缺乏導致生物被膜中的胞外磷脂水平顯著增加。進一步研究發(fā)現(xiàn),，這些磷脂來自活性氧介導的細菌死亡,。生物被膜通過回收死亡細菌所釋放出的磷以維持持續(xù)性的擴張。
與磷缺乏所不同的是,，面對碳,、氮供給缺乏時，生物被膜很快停止擴張,。其中,，碳缺乏導致生物被膜整體的死亡，因而不能持續(xù)擴張,；氮缺乏不會導致顯著死亡，生物被膜同樣無法持續(xù)擴張,。磷缺乏所誘導的細胞死亡主要集中在生物被膜的內(nèi)部區(qū)域,，因此生物被膜外部區(qū)域的細菌能夠利用內(nèi)部死細胞釋放出的含磷分子維持擴張。這體現(xiàn)了生物被膜通過空間分化優(yōu)化資源利用的能力,。有趣的是,，研究人員發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象為細菌群體所特有。浮游態(tài)細菌并未在磷供給缺乏時出現(xiàn)死亡,，胞外磷脂水平也未出現(xiàn)顯著增加,。
細菌群體應(yīng)對營養(yǎng)缺乏時的響應(yīng)
研究首次揭示了細菌生物被膜在磷缺乏時通過群體特異性細胞死亡和營養(yǎng)回收實現(xiàn)群體存續(xù)和擴展。該機制賦予細菌群體對環(huán)境波動的高度適應(yīng)性,，展現(xiàn)了微生物強大的生態(tài)競爭力,，為深入理解細菌的代謝適應(yīng)性及其在自然和臨床環(huán)境中的行為提供了新視角,。
清華大學基礎(chǔ)醫(yī)學院副教授劉錦濤為論文通訊作者。清華大學2017級醫(yī)學實驗班（八年制）學生王梓儼,、基礎(chǔ)醫(yī)學院2017級博士生曾令斌,、2019級博士生胡守先為論文共同第一作者。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41589-024-01796-x
供稿：基礎(chǔ)醫(yī)學院
編輯：李華山
審核：郭玲
