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首次,人类观察到了不同微生物之间的融合和物质交换

来源:admin    发布时间:2020-09-09   阅读数:81

和人类一样,细菌也是群居生活,细菌间也会伸出援手,通过分泌的代谢物质,帮助自己的邻居发展。今天分享的研究发现不同物种的细菌可以通过融合细胞壁和细胞膜来共享细胞内物质。以下文章来源于Bio生物世界 ,作者生物世界。


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了解细菌间如何相互作用,对于解决日益增长的问题(例如抗生素耐药性)至关重要,越来越多的传染性细菌拥有了对抗菌药物的防御能力。和人类一样,细菌也是群居生活,细菌间也会伸出援手,通过分泌的代谢物质,帮助自己的邻居发展。

近日,美国特拉华大学的研究人员在 mBio 杂志发表了题为:Interspecies Microbial Fusion and Large-Scale Exchange of Cytoplasmic Proteins and RNA in a Syntrophic Clostridium Coculture 的研究论文。

该研究发现,细菌之间绝非简单的协同工作,不同物种的细菌可以通过融合细胞壁和细胞膜来共享细胞内物质(包括蛋白质和RNA),从而组成独特的杂交细胞,也就是说,生命体可以通过这种过程交换物质并失去自己的部分身份特征。这种前所未见的现象很可能在自然界广泛存在,并对物种进化和微生物群落功能具有深远影响。这一发现有望阐明许多之前无法解释的现象,例如病原体的抗生素异质性,病原体对人体的入侵,以及不可培养细菌的进化轨迹等等。


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研究团队研究了永达尔梭菌(C. ljungdahlii,Clj)和丙酮丁醇梭菌(C. acetobutylicum,Cac)这两种细菌之间的相互作用。这两种细菌在共培养时会协同作用,产生互利互惠的代谢产物。然而,研究团队观察到,这两种细菌并不仅仅是协同作用关系,通过透射电子显微镜和电子断层扫描,发现这两种两种生物体之间的细胞壁和细胞膜发生了融合,永达尔梭菌(Clj)入侵了丙酮丁醇梭菌(Cac)。

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这两种微生物的细胞壁和细胞膜融合后,并交换了蛋白质和RNA,形成杂交细胞,而且其中一些杂交细胞还会继续分裂。研究团队通过荧光透射电子显微镜发现融合后的细胞之间有蛋白质的大规模交换,流式细胞仪分析表明这些相互作用的程度和动态持久性。而杂种细胞含有来自两种生物体的蛋白,表明具有交换成分的细胞有持久性。荧光显微镜同时还观察到这两种生物体之间有大规模的RNA交换。这些发现表明,细胞融合使两种生物之间能够进行大规模的细胞内物质交换。


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该研究的通讯作者,特拉华大学化工系主任 Eleftherios Terry Papoutsakis 教授表示,之前都认为每种生物都有自己独立的特征和系统,然而这项研究明明白白的展示了两种生物体混合了各自的系统来生存和新陈代谢,这显然是非比寻常的。虽然这种不同物种微生物间的融合首次被发现,但研究团队认为,这种现象在许多细菌中应该是普遍存在的。


那么为什么这些细菌会费心地融合在一起呢?

答案很可能非常简单,就是因为这种融合使微生物之间可以共享增加其生存概率的系统。例如某些病原菌可以利用这种方式从其他具有抗生素抗性的细菌那里借用抗性蛋白来抵抗抗生素。某些病原菌也可以通过这种方式来逃避免疫系统追杀。这也可能解释了为什么有些细菌在实验室条件下难以培养和生长,这些难以培养的细菌很可能是与其他微生物结合在一起,并依靠它们而存在,而不是仅仅自己生长和繁殖。

这项发现可能会影响人们对生物进化的理解,因为一旦不同物种之间可以共享各自的系统,它们就可以一起进化,而不仅仅是自己进化。研究团队表示,这项发现的影响是深远的,可能会揭示人类健康、自然环境、进化生物学和生物技术中许多无法解释的现象。

论文链接:https://mbio.asm.org/content/11/5/e02030-20



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