Science：当食物稀缺时，细菌交替获得进食时间

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两个枯草芽孢杆菌菌群在同一个微流体腔中生长。蓝色表明由膜电位染料Thioflavin T发出的荧光。图片来自Jintao Liu, Suel lab/University of California, San Diego。


尽管几十年来，不同所有者在异国目的地分割度假公寓在房地产领域一直比较流行，但是，在一项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校和西班牙庞培法布拉大学的研究人员发现细菌菌群几百万年以来一直都在使用类似的策略。相关研究人员于2017年4月6日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Coupling between distant biofilms and emergence of nutrient time-sharing”。论文通信作者为加州大学圣地亚哥分校分子生物学家Gürol Süel。

在这项研究中，这些研究人员想要知道当食物变得稀缺时，竞争性的细菌菌群可能会做些什么。他们发现当面临着有限营养物时，细菌将会采取一种优雅的分时（timesharing）策略：不同的细菌菌群交替获得进食时间从而使得进食效率最大化。

Süel说，“有趣的是，这些简单的单细胞细菌是微小的和看似孤独的有机体，但是在菌落中，它们开始表现出非常动态的和复杂的行为。通常，人们认为这些行为是由更加复杂的有机体或一种社会网络产生的。这种相同的分时概念用于计算机科学、度假公寓和许多社会应用。”

在今年1月，Süel和他的同事们已发现细菌菌落利用一种电信号与周围的细菌物种沟通，并且招募它们（Cell, 12 January 2017, doi:10.1016/j.cell.2016.12.014）。这项新的研究探究了两种枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）菌落如何相互作用。通过数学模型和利用微流体技术和时差显微技术获得的实验室证据，这些研究人员发现附近的细菌菌落通过这些电信号保持行为上的同步性。

这些实验揭示出当枯草芽孢杆菌菌群面临着有限数量的营养物时，它们开始交替获得进食时间，从而降低竞争和避免进食“塞车”。

论文共同作者、庞培法布拉大学系统生物学教授Jordi Garcia-Ojalvo说，“对生命系统而言，同步运作是比较常见的，但是这里，我们证实运作不同步也能够提供生物学上的益处。”

Süel说，“这些细菌到处都存在---从人的牙齿到土壤到排水管。有趣的是，这些简单的细菌在20亿年前就采取这种分时策略，如今我们人类也因各种不同的目的采用这种同样的分时策略。”