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

细菌能储存记忆并传递数代

细菌能储存记忆并传递数代根据发表在PNAS期刊上的一项研究，科学家发现细菌能像记忆那样储存信息并传递数代。细菌没有神经元、突触或神经系统，它的记忆更接近计算机的信息储存。研究结果有助于对抗细菌耐药性。德州奥斯丁研究人员发现，大肠杆菌能利用铁含量（ironlevels）存储不同行为的信息，这些信息可以响应特定刺激而被激活。铁是地球最丰富的元素之一。研究人员发现铁的记忆能传递至少四代，到第七代消失。研究人员认为铁含量可作为对抗细菌耐药性的一个目标。()()投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

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

科学家正尝试用磁性细菌对抗癌症

科学家正尝试用磁性细菌对抗癌症苏黎世联邦理工学院的研究人员在响应性生物医学系统教授SimoneSchürle的领导下，选择用细菌进行实验，这些细菌由于含有氧化铁颗粒而具有内在的磁性。这些Magnetospirillum细菌对磁场有反应，可以被外部磁铁所操纵。利用暂时的空隙Schürle和她的同事现在已经在细胞培养物和小鼠身上证明，对肿瘤施加旋转磁场会提高细菌穿过癌细胞生长周围血管壁的能力。旋转的磁场驱动细菌在血管壁上做圆周运动。为了更好地理解穿越血管壁的机制的作用，有必要进行详细的观察。血管壁由一层细胞组成，作为血液和肿瘤组织之间的屏障，它被许多小血管所渗透。这些细胞之间的狭窄空间允许某些分子通过血管壁。这些细胞间的空间有多大，由血管壁的细胞来调节，它们可以暂时宽到甚至允许细菌通过血管壁。强大的推动力和高成功率在实验和计算机模拟的帮助下，苏黎世联邦理工学院的研究人员能够表明，利用旋转磁场推进细菌是有效的，原因有三。首先，通过旋转磁场的推动力比通过静态磁场的推动力要强十倍。后者只是设定了方向，而细菌则必须在自己的力量下移动。第二个也是最关键的原因是，由旋转磁场驱动的细菌一直在运动，沿着血管壁行驶。这使得它们更有可能遇到血管壁细胞之间短暂开放的缝隙，与其他推进类型相比，细菌的运动不那么具有探索性。第三，与其他方法不同，这些细菌不需要通过成像来追踪。一旦磁场在肿瘤上定位，它就不需要重新调整。"载荷"在肿瘤组织中积累"我们还利用了细菌的自然和自主运动，"Schürle解释说。"一旦细菌穿过血管壁并进入肿瘤，它们就能独立地迁移到肿瘤的内部深处"。出于这个原因，科学家们通过外部磁场的推动力只使用了一个小时--足够长的时间让细菌有效地穿过血管壁并到达肿瘤。这样的细菌在未来可以携带抗癌药物。在他们的细胞培养研究中，苏黎世联邦理工学院的研究人员通过将脂质体（脂肪类物质的纳米球）附着在细菌上模拟了这种应用。他们用一种荧光染料标记这些脂质体，这使他们能够在培养皿中证明细菌确实将其"药物载荷"送到了癌症组织内，并在那里积累。在未来的医疗应用中，这些脂质体将被填入一种药物。细菌性癌症治疗利用细菌作为药物的渡船是细菌帮助对抗癌症的两种方法之一。另一种方法已有一百多年的历史，目前正在经历复兴：利用某些种类的细菌的自然倾向来损害肿瘤细胞。这可能涉及几种机制。在任何情况下，众所周知，这些细菌会刺激免疫系统的某些细胞，然后消除肿瘤。目前，多个研究项目正在调查大肠杆菌对肿瘤的疗效。今天，有可能利用合成生物学对细菌进行改造，以优化其治疗效果，减少副作用，并使其更加安全。使非磁性细菌具有磁性然而要在癌症治疗中利用细菌的固有特性，这些细菌如何有效地到达肿瘤的问题仍然存在。虽然有可能将细菌直接注射到身体表面附近的肿瘤中，但对于身体深处的肿瘤，这是不可能的。这就是Schürle教授的微型机器人控制的地方。她说："我们相信，我们可以用我们的工程方法来提高细菌性癌症治疗的疗效。"癌症研究中使用的大肠杆菌没有磁性，因此不能被磁场推动和控制。一般来说，磁反应性在细菌中是一种非常罕见的现象。磁螺菌是少数具有这种特性的细菌属之一。因此，Schürle想让大肠杆菌也具有磁性。这可能有一天会使我们有可能使用磁场来控制临床上使用的没有天然磁性的治疗性细菌。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334095.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334095.htm

科学家在9000英尺深处的深海喷口发现能够"感知"地球磁场的细菌

科学家在9000英尺深处的深海喷口发现能够"感知"地球磁场的细菌在深海热液喷口中发现了以顺应地球磁场而闻名的磁传细菌，这扩大了它们的已知栖息地，为了解地球历史和寻找地外生命提供了新的视角。这些细菌在极端条件下的存在，为在火星等其他天体的类似环境中发现它们提供了可能性。(艺术家概念图）磁细菌不仅在地球生态系统中发挥作用，而且在寻找地外生命方面也很有意义。它们存在的证据可以在岩石中保留数十亿年。它们的磁倾角还可以记录磁极随着时间的推移是如何移动的。这一新发现给研究人员带来了希望，磁细菌可能会在更多意想不到的地方被发现，在地球上，甚至可能在火星或更远的地方。磁细菌似乎拥有超能力。就像漫威漫画人物万磁王一样，它们能"感知"地球磁场。这些微小的生物体含有磁小体，即包裹在薄膜中的铁晶体，它们排列成与地球磁场一致的形状，像指南针一样指向细菌。金属硫化物烟囱通常形成同心圆状，内侧是富含铜和铁的硫化物矿物，外侧是富含铁或锌的硫化物矿物。取样的烟囱有100厘米高，但也发现过18层楼高的烟囱。图片来源：2012年，YoheySuzuki这使得细菌沿着地球磁场线的方向向北或向南移动，就像磁轨上的火车一样。作为其生命周期的一部分，它们在自然界碳、氮、磷和其他关键元素的生物地球化学循环中发挥着重要作用。人们在陆地和浅水中对它们进行了深入研究，但很少在深水中进行研究，因为在深水中采集它们是一项挑战。2012年9月，包括东京大学研究人员在内的一个研究小组踏上了前往西太平洋马里亚纳海槽南部的科学考察之旅。他们利用名为"HYPER-DOLPHIN"的遥控潜水器，从水下2,787米（几乎是东京晴空塔高度的4.5倍或纽约帝国大厦高度的6倍多）的热液喷口区域采集到了一根"烟囱"。热液喷口的形成是由于海水渗入地下，最终被岩浆加热到400摄氏度，导致海水沸腾。喷发的海水将矿物质和金属沉积到海洋中，层层叠加形成烟囱，为许多独特的生命形式提供了温暖、丰富的栖息地。细菌中的含铁磁小体就像指南针一样，朝着地球的磁极排列，迫使它们根据所处的半球向北或向南移动。图片来源：2017年，山崎利光"我们发现了生活在烟囱上的趋磁细菌，这是我们始料未及的。由于烟囱的形状，它缺乏这些细菌通常喜欢的清晰、垂直的化学梯度，"东京大学研究生院理学研究科的铃木洋平副教授解释说。"我们收集到的细菌主要含有'子弹'形磁小体，我们认为这是一种'原始'形式，因此推断它们在数千年来没有发生太大变化。事实上，我们发现它们的环境与大约35亿年前的地球早期相似，据估计磁小体细菌的祖先就是在那时出现的。"使用磁铁从烟囱边缘收集细菌。研究小组随后检查了基因数据，发现它们与硝化细菌（Nitrospinae）有关，众所周知，硝化细菌在深海环境中的碳固定过程中发挥着重要作用，但人们并不知道硝化细菌中含有任何磁控细菌群。铃木说："深海热液喷口不仅是独特水下生命的诞生地，也是地外生命的潜在类似栖息地，因此备受关注。我们对细菌进行采样的环境与我们认为的火星在大约30亿年前表面仍有流水时的环境类似。"磁传细菌中磁性颗粒的化石残骸（称为磁化石）可以在岩石中保存数十亿年。这些磁化石可以帮助研究人员拼凑出古老的地磁历史，是寻找地外生命的好帮手。1996年，距今约36亿年的火星陨石AllanHills84001似乎含有类似细菌生命的铁晶化石，引起了全球轰动。这一说法后来遭到广泛质疑，但铃木仍对未来的发现抱有希望："磁控细菌为细菌的早期多样化提供了线索，我们希望它们能在地球之外被发现，也许是在火星或冰冷的卫星上。目前，我们将继续在地球上各种类型和年代的岩石中寻找更多的证据，因为以前认为它们并不栖息在这些岩石中。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380747.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380747.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