病原体困境细菌如何将自己推出困境

科学家已经破译了一些类型的“游泳”细菌在被困在一个小空间时如何进化和逃脱。

这一发现可以为寻找阻止某些细菌传播的新方法铺平道路，包括导致食物中毒和胃溃疡的物种。

很多细菌会游泳，让它们找到新的营养来源，或者在致病菌的情况下，可以传染和传播。

几乎所有游泳细菌都使用类似的螺旋推进器，称为鞭毛，来推动自己前进。细菌鞭毛由成千上万个螺旋链排列的蛋白质构建模块组成。

包括约克大学研究人员在内的多学科科学家团队发现，一些类型的细菌进化出了由许多不同类型的蛋白质组成的复杂鞭毛，使它们能够在狭窄的空间内运行。

科学家研究了一种名为腐败希瓦氏菌的土栖物种。他们发现，当它们被困在狭窄的空间中时，它们的多组分鞭毛钩环包围着细胞体，并允许它们自由地打开塞子。

这项研究的合著者、来自物理系的劳伦斯威尔逊(Lawrence Wilson)博士说：“为什么大肠杆菌等一些细菌含有由一种蛋白质组成的鞭毛，而另一些细菌则具有由许多不同类型组成的更复杂的鞭毛，这个问题一直是个谜。

“大自然喜欢保持简单。在任何一台“机器”中，更多的组件意味着更多可能出错的东西。我们的研究表明，复杂的鞭毛具有帮助细菌被困在狭窄空间时逃脱的功能，这种优势超过了维持基因编码的各种蛋白质积木的成本。”

在这项研究中，约克大学的科学家利用他们世界一流的高速全息显微镜专业知识来跟踪3D细胞，让他们看到细胞如何利用鞭毛游泳和传播。

来自德国格森微生物和分子生物学研究所的国际同事仔细确定了单个鞭毛中不同结构单元的位置。来自德国马尔堡菲利普斯大学的计算机科学家随后建立了一系列模拟，使他们能够测试缓慢改变鞭毛物理属性的效果。

他们发现腐败希瓦氏菌鞭毛中的结构单元以最佳方式排列。当它们被移除或在鞭毛组件周围交换时，细菌在“开放水域”或狭窄空间中游泳的能力受到损害。

威尔逊博士补充说：“已经发现导致食物中毒的细菌种类，如空肠弯曲杆菌和导致胃溃疡的幽门螺杆菌，在其鞭毛中保留了多种成分。

“这项研究让我们更好地了解细菌感染的物理特征——这一知识可能会导致未来阻止有害感染传播的新方法。

《自然通讯》发表了“细菌鞭毛中几种鞭毛蛋白的空间排列提高了在不同环境中的运动性”。

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