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形成补丁可以促进细菌生命

2019-01-26 09:53:53 • 来源：

草原等自然系统形成了集群或补丁，可以在压力下增强抵御能力。实验表明，这种相同的行为可以在细菌中建模，对于为受威胁或濒危物种创造生存环境具有几个重要意义，麻省理工学院的研究人员在“ 自然微生物学”网络版上报道。

形成补丁可以促进细菌生命

Latham家庭事业发展副物理学教授杰夫戈尔说，常见的土壤细菌枯草芽孢杆菌的种群在形成斑块时的细胞密度要低得多，而在它们的环境中分布更均匀。这种不完整的增长本身足以提高生存前景，但也减少了扩张。

戈尔解释说，在资源丰富的环境中，人口的流动性很重要，因为它会带来更大的扩张，但在资源匮乏的环境中，保持人口密切相关，使合作行为能够在稀缺资源上生存。这些研究结果与更复杂社区的保护有关，因为它们确定了实现人口生存的方法，特别是针对环境的干预措施。

糖狩猎

枯草芽孢杆菌(一种革兰氏阳性细菌)需要葡萄糖形式的糖才能存活。他们可以直接从他们的环境中获得这种糖，也可以通过共同生产淀粉酶来实现，这种酶将环境中的淀粉分解成细菌可以消耗的糖。麻省理工学院生命系统物理学组的博士后Christoph Ratzke和论文的主要作者“自组织斑块促进了合作生长的枯草芽孢杆菌种群的存活”，研究了两种条件下的细菌。

“他从一个三维琼脂基质中开始，细胞均匀分布。他发现，如果细胞群体正在像葡萄糖一样生长，可以直接进口，那么他就会看到没有斑块。在这个三维体积中均匀增长，“戈尔解释道。“当他在淀粉中种植这些细菌种群时，他们正在共同成长，然后他看到的是自发组织的自发组织的增长，在某些地区，你会在某些地区获得成长，而你却不会。 “

游泳无所谓

为了排除这些斑块形成的其他重要贡献者，研究人员对遗传缺陷的细菌进行了相同的测试，这些细菌缺乏感知更丰富的食物来源或无法游泳的能力。实验表明，在缺乏游泳能力和感知能力的情况下，补片仍然形成。

研究人员还比较了混合良好的环境，在这种环境中食物和细菌均匀分布，通过摇动到“空间环境”，细菌被允许在空间自我组织。低于临界浓度，细菌死亡。发现在混合环境中低于生存临界阈值的细胞计数通过空间环境中的聚类而存活。“生存所需的细胞密度存在很大差异。在良好混合条件下，细胞密度要比空间环境高得多，”戈尔解释说。

生存与扩张

在实验中，研究人员能够通过控制琼脂的密度来控制琼脂生长培养基中的细菌运动。结果显示了生存率与人口增长率之间的权衡。“如果人口从高细胞密度开始，那么最适合人群的是高流动性体系，即低琼脂浓度，因为那时人口可以迅速扩张。但是，如果人口处于低细胞密度，实际上更好的是在高琼脂浓度和低流动性。这实际上促进了斑块的形成，“戈尔说。

“因为在更高的琼脂浓度下，细菌不能游泳，它们可以形成非常紧凑的斑块，它们可以非常好地协同生长，并且它们可以从非常低的细胞密度开始存活，但是一旦它们具有长大后，补丁无法扩展得非常好，因为它们不能很好地游泳，“他说。

“这项工作最有趣的方面是合作细胞之间的自组织斑块形成，这是出乎意料的，”未参与该研究的Wenying Shou说。“这些斑块的形成是由细胞异质性，局部合作和全局抑制驱动的，从而使这些模式形成图灵模式。” 研究西雅图Fred Hutchinson癌症研究中心合作和微生物群落演变的Shou指出，已知参与合作的致病细菌也可以通过使用自发贴片形成来提高其存活率。

骗子与合作者

戈尔先前的工作研究了芽殖酵母中作弊者和合作者之间的竞争，这种酵母分泌一种分解蔗糖的酶，这种分子比淀粉更小，更简单。合作者通过分泌酶来促进公共利益，而作弊者不利于公共利益，而只是消费合作者产生的葡萄糖。

“我们发现，作弊者可以在人群中传播，但我们在生产者和非生产者之间，合作者和作弊者之间共存，”戈尔解释说。

Ratzke接下来将重点关注枯草芽孢杆菌细菌生产者和非生产者的类似研究。“即使在物种之间也可能发生类似的动态，”戈尔说。“你可能会让这种枯草芽孢杆菌物种与另一种不产生淀粉酶的物种相互作用，它们可能具有相似的动力学。这表明我认为，进化和生态学之间存在着一些潜在的相似性。你可以进化在一个物种中，或者你可以在物种之间拥有生态动态，你可以得到相当类似的现象。“

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