研究人员发现细胞中与细菌秘密交流的“间谍”

研究人员发现细胞中与细菌秘密交流的“间谍”康涅狄格大学的研究人员在《自然-细胞生物学》（NatureCellBiology）杂志上报告说，人体细胞产生的信使气泡可以拾取细菌产物并将其传递给其他细胞。这一发现可以解释细菌（无论是友好细菌还是传染性细菌）影响人类健康的一个关键机制。细胞外囊泡（EVs）就像我们细胞的邮政服务。细胞产生的EV是一种微小的气泡，它有一层由称为脂质的脂肪物质制成的防水外壳，并将其送入血液中。当另一个细胞遇到EV时，就会把它带入体内并打开。EV内通常有一些分子，它们是接收细胞行为或生长的信息来源。现在，康涅狄格大学医学院免疫学家普贾-库马里（PujaKumari）、维杰-拉西纳姆（VijayRathinam）及其同事报告说，EV还能做一些完全出乎意料的事情。EV的壁可以吸附细菌的碎片，细菌通常有一个脂质部分，很容易滑入EV的脂质壁。然后，无论哪个人体细胞抓住了EV，EV都会将细菌产物和其他内容物一起带入人体细胞。拉西纳姆实验室的博士后研究员库马里说："我们发现，EV会在血液循环中巡视系统性微生物产物，并向细胞内的免疫监视网络发出警报。"这解开了一个长期存在的谜团。研究人员知道，我们的细胞内有能检测细菌产物的受体。但他们不知道这些细菌产物究竟是如何进入细胞的。免疫学系副教授拉西纳姆说："我们了解了哪些微生物产物进入血液循环。这些产物可能来自入侵的传染性细菌，也可能来自友好细菌，例如生活在我们肠道中的细菌。当细胞内的受体检测到它们时，细菌发出的信号可以帮助肠道、免疫系统甚至大脑正常运作。或者，它们会导致细胞自爆并引发炎症，这取决于细菌的类型和所涉及的产品。但我们不知道有害或友好细菌进入血液的微生物产物是如何从细胞外进入细胞内的。"为了证明电动体确实在运输细菌碎片并将它们带入细胞，库马里、拉西纳姆和他们的同事做了一系列实验。首先，他们向小鼠体内注射了由细菌产生的绿色标记LPS。大约一小时后，他们在小鼠的血液中发现了EVs上的绿色LPS。其次，当他们把这些带有绿色LPS的EV转移到另一组小鼠体内时，他们在受体小鼠的细胞内发现了绿色LPS，从而引发了炎症。虽然他们还没有尝试用LPS以外的微生物产物进行实验，但他们怀疑也会发生类似的情况。"我们认为这在正常生理和感染中都有作用。肠道微生物群的微生物产物被释放到血液循环中，对人体非常重要。EVs可能在其中发挥着有益的作用，"拉西纳姆说。参考文献："HostextracellularvesiclesconfercytosolicaccesstosystemicLPSlicensingnon-canonicalinflammasomesensingandpyroptosis"byPujaKumari,SwathyO.Vasudevan,AshleyJ.Russo,SkylarS.Wright,VíctorFrailee,Rathinam.Wright、VíctorFraile-Ágreda、DylanKrajewski、EvanR.Jellison、IgnacioRubio、MichaelBauer、AtsushiShimoyama、KoichiFukase、YuanpengZhang、JoelS.Pachter、SivapriyaKailasanVanaja和VijayA.Rathinam，2023年11月16日，《自然-细胞生物学》。DOI:10.1038/s41556-023-01269-8编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402737.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402737.htm

科学家发现细菌细胞壁的新致命弱点

科学家发现细菌细胞壁的新致命弱点新月柄杆菌是一种新月形二形细菌，是研究细菌细胞周期调控、细胞分化和形态发生的主要模式生物之一。使用DNA-PAINT技术观察细胞，染色体DNA被染成蓝色，细胞膜被染成红色。图片来源：马克斯-普朗克陆地微生物研究所/埃尔南德斯-塔马约在进化过程中，细胞发展出了多种策略来加强其包膜以抵御内部渗透压，从而使它们能够在各种不同的环境中生长。大多数细菌种类都会在细胞质膜周围合成半刚性细胞壁，其主要成分肽聚糖会形成一个致密的网状结构，将细胞包裹起来。细胞壁除了起保护作用外，还能形成特定的细胞形状，如球形、棒状或螺旋形，从而有利于运动、表面定植和致病。细胞壁的存在也带来了挑战：细胞必须不断重塑细胞壁才能生长和分裂。为此，细胞必须小心翼翼地撕裂细胞壁，使其扩张和变化，同时迅速用新材料修补缝隙，防止细胞壁坍塌。这种细胞壁重塑过程包括裂解酶（又称自溶酶）对键的裂解，以及随后肽聚糖合成酶对新细胞壁材料的插入。这两组相互对抗的蛋白质的活动必须密切协调，以防止肽聚糖层出现薄弱点，导致细胞溶解和死亡。马克斯-普朗克陆地微生物学研究所研究员、马尔堡大学微生物学教授马丁-坦比希勒领导的研究小组开始研究自溶机制的组成和功能。他们的研究重点是淡水环境中的新月柄杆菌，这种细菌被广泛用作研究细菌基本细胞过程的模式生物。Thanbichler认为，研究自溶蛋白的功能是一项具有挑战性的任务。"虽然我们对合成机器有很多了解，但自溶蛋白被证明是一个难以攻克的难题"。Thanbichler团队的博士后研究员MariaBillini补充说："细菌通常含有多种类型的自溶蛋白，它们来自不同的酶家族，具有不同的靶标。这意味着这些蛋白质具有高度冗余性，删除单个自溶蛋白基因往往对细胞形态和生长影响甚微。"通过共免共沉淀筛选和体外蛋白质-蛋白质相互作用试验对潜在的自溶蛋白调节因子进行分析后发现，一种名为DipM的因子在细菌细胞壁重塑过程中发挥着关键作用。这种关键的调节因子是一种可溶性的周质蛋白，竟然与几类自溶蛋白以及一种细胞分裂因子相互作用，显示出这种调节因子以前未知的杂交性。DipM能够刺激两种活性和折叠方式完全不同的肽聚糖分解酶的活性，这使它成为第一个被发现的能够控制两类自溶酶的调节因子。值得注意的是，研究结果还表明，DipM使用单一界面与其各种靶标相互作用。这项研究的第一作者、博士生阿德里安-伊斯基耶多-马丁内斯（AdrianIzquierdoMartinez）说："破坏DipM会导致细胞壁重塑和分裂过程的各个环节失去调控，最终导致细胞死亡。"因此，它作为自溶蛋白活性协调者的适当功能对于新月柄杆菌正常的细胞形状维持和细胞分裂至关重要。"对DipM的全面表征揭示了一个新颖的相互作用网络，包括一个自我强化环，它将溶解性转糖基酶和可能的其他自溶蛋白与新月柄杆菌细胞分裂装置的核心连接起来，也很可能与其他细菌的细胞分裂装置连接起来。因此，DipM协调着一个复杂的自溶蛋白网络，其拓扑结构与之前研究的自溶蛋白系统大不相同。马丁-坦比希勒（MartinThanbichler）指出："这种多酶调节器的功能失常会同时影响多个与细胞壁相关的过程，对它们的研究不仅有助于我们了解细胞壁如何对细胞或环境的变化做出反应。它还有助于开发新的治疗策略，通过同时破坏几种自溶途径来对付细菌"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376317.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376317.htm

大肠杆菌作为单细胞细菌却表现出以前未知的"多细胞性"

大肠杆菌作为单细胞细菌却表现出以前未知的"多细胞性"大肠杆菌是我们肠子里的常客，在那里它大多情况下是有帮助的，但是一旦它跑到别的器官，就会引起许多类型的感染，包括尿毒症、肺炎或食物中毒。鉴于大肠杆菌的普遍性和潜在危害，几个世纪以来，人们对它进行了仔细的研究，以找到治疗或预防感染的方法，并用于基因工程。这项新研究的通讯作者KyleAllison说："它可能是地球上研究得最好、理解得最好的生物体。因此，在微生物学家中存在一种趋势，特别是在过去20年左右，更多关注其他微生物。但我们已经发现了一些以前在细菌中从未见过的东西。"最耐人寻味的新发现是，大肠杆菌可能并不总是一个单细胞生物体。在带有活细胞成像的微流控设备的测试中，研究小组发现，有时单个细菌会聚集成"四人组"，形成玫瑰花瓣形态，这种细胞结构通常在单细胞生物中看不到，但却是多细胞生物的细胞分裂过程中的一个关键步骤。艾利森说："玫瑰花在高等生物中相当重要，如哺乳动物，因为它们启动了像胚胎发育的过程。"显微镜下的大肠杆菌，显示出形成链状的轮状体（上）和形成生物膜的平行链（下），Emory大学人们看到大肠杆菌的菌落以链状方式生长，在每个"环节"中保持其四细胞排列，可延续长达十代。平行链被发现在一个表面上形成生物膜，从而起到保护群体的作用。这种行为以前从未在大肠杆菌中出现过。"我们在这里看到的是细菌也许不是我们过去认为的那样，"埃里森说。"我的怀疑是，这种情况远比我们知道的要普遍。"除了突出一个事实，即总是有更多的东西需要学习，即使是在研究良好的物种中，该团队说，这一发现可能有助于为未来的合成生物学工作提供信息，治疗细菌感染，以及可能为各种目的创造可编程的生物膜。该研究发表在《iScience》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341867.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341867.htm

铁含量引发细菌形成一种"记忆"并世代相传

铁含量引发细菌形成一种"记忆"并世代相传大肠杆菌的显微图像。资料来源：美国国立卫生研究院这项研究的第一作者苏维克-巴塔查里亚（SouvikBhattacharyya）说："细菌没有大脑，但它们可以从环境中收集信息，如果它们经常遇到这种环境，它们就可以储存这些信息，并在日后快速获取这些信息，从而使自己受益。"细菌可以很容易地适应环境，这就引发了关于细菌是否可以存储信息以实现这种适应性的理论和实验。研究人员已经确定，先前的经验--细菌种群在固体或半固体表面的快速、协调运动会提高随后的繁殖性能，但他们想了解为什么会出现这种情况。在进行了1万多次单细胞蜂群试验后，他们发现细菌信息收集和记忆的关键在于铁元素。巴塔查里亚说："在地球大气中出现氧气之前，早期的细胞生命利用铁来完成许多细胞过程。铁不仅对生命的起源至关重要，而且对生命的进化也至关重要。细胞以这种方式利用铁是合情合理的。"研究人员发现，"铁记忆"预先存在于自由浮游的细菌细胞中，并通过蜂拥行为得到强化。铁含量低的细胞更善于成群繁殖，而形成生物膜的细胞铁含量则较高，生物膜是指附着在表面上和/或彼此间的密集细菌群。这些被黏液包裹的生物膜是一种生存机制，可以保护细菌免受宿主免疫系统和抗生素的侵害。实验室平板上的细菌群。图片由德克萨斯大学奥斯汀分校提供他们观察到，母细胞的铁记忆（与其成群潜能相关）会传给第四代子细胞。到第七代时，这种记忆自然消失，而人为控制铁含量则能使这种记忆持续更长时间。根据研究结果，研究人员推测，铁含量低会触发细菌记忆，使它们形成快速移动的迁徙群，在环境中寻找铁。当铁含量高时，记忆会告诉细菌定居下来，形成生物膜。巴塔查里亚说："铁的含量肯定是治疗的目标，因为铁是毒力的一个重要因素。归根结底，我们对细菌行为了解得越多，对付它们就越容易。"这项研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398907.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398907.htm

科学家工程改造皮肤细菌 使其生产普通药物对抗痤疮

科学家工程改造皮肤细菌使其生产普通药物对抗痤疮痤疮的起因是毛囊被死皮细胞和油脂堵塞，继而发炎，形成我们再熟悉不过的粉刺、丘疹和白头。在打算不挤破它们的时候，我们可以用杀死油脂分泌细胞的药物或针对毛囊中细菌的抗生素来治疗。最近更多的实验性研究包括粉刺疫苗、益生菌或微针贴片，它们都能攻击致病的细菌。但如果我们能让这些细菌为我们工作呢？在这项新研究中，西班牙庞培法布拉大学（UPF）的科学家们研究了如何设计皮肤细菌来生产痤疮药物中的活性成分。他们的目标是痤疮丙酸杆菌，这是皮肤上最常见的细菌种类，也是生活在毛囊深处的细菌。过度分泌一种叫做皮脂的油脂是痤疮的常见诱因，许多痤疮药物如异维A酸都是通过杀死产生皮脂的细胞来发挥作用的。在这种情况下，痤疮丙酸杆菌被设计成能产生一种名为NGAL的蛋白质，这种蛋白质能介导自然产生的异维A酸。研究小组在实验室培养的人类皮肤细胞中测试了这种经过编辑的细菌，发现它能够产生和分泌NGAL，减少皮脂分泌。在对小鼠的测试中，这种细菌也能存活并发挥作用，但由于小鼠的皮肤与我们的皮肤差别很大，因此无法通过这种方式测试其对痤疮的影响。这种技术不仅能帮助清除痤疮，还能减少对抗生素的依赖，因为抗生素正日益导致细菌产生抗药性。研究人员说，虽然还需要做更多的工作，包括首先在三维皮肤模型上进行尝试才能将这种技术用于人体试验，但它也可用于治疗其他皮肤病。首先是特应性皮炎。这项研究的首席研究员马克-居尔（MarcGüell）说："我们开发了一个技术平台，为编辑任何细菌治疗多种疾病打开了大门。现在的重点是利用痤疮丙酸杆菌治疗痤疮，但我们也可以提供基因电路来创建智能微生物，用于与皮肤传感或免疫调节相关的应用。"这项研究发表在《自然-生物技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416741.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416741.htm

科学家研发自愈合混凝土 用休眠细菌修补裂缝

科学家研发自愈合混凝土用休眠细菌修补裂缝生物纤维自愈合混凝土工作时的彩色扫描电子显微镜图像但现实世界很少按照理想状态运行，因此混凝土会不断受到风化，从而产生裂缝。这才是真正的问题所在，因为温度波动会迫使裂缝扩大，而湿气则会引发各种侵蚀混凝土的过程。因此，混凝土结构需要经常维护，这不仅成本高昂且不方便，还会增加制造这种材料对环境的影响（本来就很大）。如果能找到减缓劣化的方法，就能省去很多麻烦。这就是德雷克塞尔生物纤维的用武之地。这些聚合物纤维不仅能起到物理加固作用，还具有重要的双重作用，即自我修复机制。纤维表面涂有一层水凝胶，水凝胶中含有内生孢子，内生孢子是细菌的休眠形式，可以抵御极端环境，当环境变得更舒适时，内生孢子又会重新苏醒。然后在水凝胶层上涂上一层薄薄的聚合物外壳。生物纤维混凝土可以像其他混凝土一样使用，但它的秘密超能力只有在以后开裂时才会显现出来。当水到达生物纤维时，水凝胶就会膨胀并破壳而出，推向地表。在这个过程中，沉睡的细菌被唤醒，它们开始从周围的混凝土中吸取碳和钙。这就产生了碳酸钙，一种填充和修补裂缝的胶结材料。该团队的首席研究员阿米尔-法纳姆（AmirFarnam）说："这是一项令人兴奋的进展，因为我们一直在努力利用大自然的灵感来改进建筑材料。我们每天都在看到，老化的混凝土结构正在遭受破坏，从而降低了其功能寿命，并需要进行昂贵的关键性维修。试想一下，它们能自我修复吗？在我们的皮肤中，我们的组织通过注入自我修复液--血液--的多层纤维结构自然实现自我修复。这些生物纤维模仿了这一概念，并利用造石细菌创造出能对损伤做出反应的活体自愈混凝土。"研究小组表示，虽然愈合时间可能会有所不同，但生物纤维似乎能够在短短一两天内修补裂缝。以前的研究已经制造出了注入细菌的自愈合混凝土，但主要挑战之一是如何在混凝土完好无损的情况下保持微生物长期存活。使用包裹在聚合物保护壳下的水凝胶中的休眠内生孢子可能就是答案。虽然还有很多工作要做，但研究人员表示，生物纤维混凝土最终可以帮助降低建筑物的维护要求，并减少混凝土生产过程中的二氧化碳排放量。这项研究发表在《建筑与建材》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398397.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398397.htm