一个新的研究圣地亚哥加州大学的研究人员发现,称为孢子休眠形式的细菌可以评估其环境随着时间的推移和确定当它有利于“醒来”。研究结果发表在科学。
休眠作为一种生存机制
在困难时期为生存,细菌可以把自己变成孢子在称为孢子形成的过程。他们处于休眠状态,减缓他们的生物过程停止增长厚外保护层,让他们等待时间的饥饿或压力,直到条件更加有利。孢子能够持久强烈的热量,辐射伤害,化学制剂,而一些人甚至模拟太空旅行幸存下来火星。
炭疽孢子形成细菌是一个著名的例子,臭名昭著的用作2001炭疽生物武器攻击看到spore-filled信件寄给几个新闻媒体和政治家,造成5人死亡,17人感染。
孢子经过几个阶段时恢复,再次活跃起来。在萌发阶段,孢子再水化和拆卸保护涂层。然后经过一个阶段产物,他们拉长并重新启动所有的细胞机制并再次开始生产新的分子。然而,科学家们并不确定到底在休眠孢子监控他们的环境,确保他们在正确的时间“醒来”。
研究人员在当前的研究中探讨的可能性在休眠,孢子可以接受生理变化以应对自己微妙的信号并不足以引发萌发和整合这些信息。
计分与钾
研究人员分析了成千上万的休眠孢子的细菌枯草芽孢杆菌是否他们可以检测小脉冲信号,可以触发发芽。他们用三分钟脉冲的天然氨基酸丙氨酸孢子是已知的受体。
大约5%的孢子发芽后一个脉冲,剩下大约一半的孢子发芽后第二个脉冲。因此,研究人员认为,这些信号将孢子接近一个所谓的“萌发阈值”。孢子是由第一个脉冲敏感的,导致他们发芽一旦他们获得足够的信号达到阈值。
但是孢子有能力监测这些信号奠定休眠吗?研究人员开发了一个数学模型,提出使用被动运动或孢子细胞内离子的“通量”。这将允许他们有利的刺激信息集成奠定休眠,而不是消耗宝贵的细胞能量。研究人员专注于钾、细菌的丰富的离子也与压力反应枯草芽孢杆菌。
实验数据支持这种模式,表明细胞响应有利信号的脉冲释放储存的钾离子。每个版本的钾,有利信号积累的影响,直到钾浓度达到发芽阈值降低。研究人员认为,这种机制是动作电位差异不大的参与神经细胞的放电。
休眠孢子表演的视频信号集成。信贷:Suel实验室
“在细菌和神经元,小和短输入添加了很长的时间来确定一个阈值。达到阈值后,孢子开始恢复活力,而火神经元动作电位与其他神经元,”教授Gurol Suel这项研究的资深作者,在一次新闻发布会上解释道。
休眠的重构我们的知识
这个提议“integrate-and-fire”机制表明孢子可以保持不活跃的同时还能从他们的环境响应信号。这些发现揭示细胞休眠的想法,研究人员建议他们可能重塑我们对地球上的生命在极端条件下的理解,甚至在其他行星上。
“这项工作表明交替的方式应对病原孢子构成的潜在威胁,并影响从外星生命会发生什么,”Suel阐述。“如果科学家发现火星和金星上的生活,它可能会处于休眠状态,我们现在知道,一个生命形式,似乎完全惰性可能仍然能够考虑它的下一个步骤。”
参考:菊池K, Galera-Laporta L, Weatherwax C, et al。电化学势使休眠孢子集成环境信号。科学。2022,378 (6615):43-49。doi:10.1126 / science.abl7484
