Science文章介绍监视细菌触觉的新方法

10月26印第安纳大学研究团队在《Science》发表文章，报道细菌如何感知接触界面，触发生物膜（biofilms）形成。

　　

生物膜（biofilms）是一种多细胞结构，与人类健康息息相关，大约65%人类感染与之有关，每年消耗数十亿美元医疗费用。1990s早期，2100万美国人的供水安全都暴露在不安全水平的大肠菌群威胁之下。甚至最近，还频繁造就密歇根地区Legionnaire氏症和全球霍乱爆发恐慌。

在美国，有害生物膜损耗废水过滤系统和货船发动机系统每年约浪费2000亿美元。相反，也有一些有益的生物膜，可以帮助分解环境中的有机物。

《Science》文章报道了一种混淆细菌感知界面能力的创新方法。

研究观察显示，细菌利用延伸出来的名为pili（菌毛）的超薄毛状附属物，动态地缩进缩出感知和试探依附表面，直至产生生物膜。当细菌确定自己已靠在某个表面上后，pili就会停止运动，然后开始生产极其粘稠的生物粘附物（bioadhesive），让自身紧贴表面形成生物膜。

为了欺骗细菌，Brun团队为pili添加了一个大分子，卡着pili毛状结构阻止它的缩进缩出。

“细菌感知界面的原理有点像钓鱼者感知鱼线上有没有鱼，”Brun补充。“只有线绷直时，才表明有鱼上钩。细菌的菌毛就像鱼线，我们找到一种方法让它们一直绷着。”

“用荧光染料标记细菌的微观结构，图像直观地展现了pili遇到表面后的运动方式，”Brun说。

如何标记这些极其微小的结构乃至这些结构的运动？

Brun团队用半胱氨酸取代了组成pili氨基酸链内的一个氨基酸，用来投递荧光染料的马来酰亚胺可以与半胱氨酸结合，从而巧妙地把小型荧光染料安插在pili背面。同理，马来酰亚胺也被用于添加阻止菌毛运动的大分子关卡。

“一条菌毛由千万个pilin蛋白质亚基组成，组成pilin的氨基酸向圣诞彩灯一般被点亮了，”文章一作Brun实验室的博士生Courtney Ellison说。

如图，菌毛（绿色），新月柄杆菌（橘色）

人工替换的半胱氨酸分子并不会改变pili的整体行为，实验采用的细菌是常用的无害模式菌新月柄杆菌（Caulobacter crescentus）。

“我们也用相同的方法检验了霍乱致病菌霍乱弧菌（Vibrio cholerae），”共同作者、生物学助理教授Ankur Dalia说。“菌毛对致病菌来说有很多用途，现在我们可以通过这种方法来了解它们的工作机理。”

接下来，实验室准备解决pili运动和生物粘附物生产之间的具体联系，了解生物膜形成和毒力菌毛的力学基础，以期阻止细菌对人身财产的危害。

原文检索：
Obstruction of pilus retraction stimulates bacterial surface sensing

免费索取2016十大创新技术BioTek Lionheart FX 活细胞成像系统的详细技术手册