細菌在沒有風扇的情況下傳播的驚人新方式

運動對於細菌來說至關重要。它使他們能夠聚集在社區中，探索新的環境，並逃離有害的條件。了解細菌如何移動可能有助於科學家設計更好的感染預防策略。

在第一項研究中，研究員 Navesh Wadhwa 和他的團隊發現沙門氏菌 W 大腸桿菌 即使它們的鞭毛功能失調，它們也可以在潮濕的表面上遷移。細菌透過新陳代謝產生運動。當糖發酵時，它們會產生小溪，穿過潮濕的表面向外流動。這些流動緩慢地將細菌菌落向外推，類似於沿著細流漂流的樹葉。

研究人員將這種新發現的運動稱為「洗滌」。這項發現可能有助於解釋致病微生物如何能夠在醫療設備、傷口和食品加工設備中定殖。透過了解細菌新陳代謝如何刺激這種類型的運動，科學家也許能夠透過改變 pH 值或糖水平等環境條件來減緩或阻止這種運動。

「我們對這些細菌在沒有功能性鞭毛的情況下在表面遷移的能力感到驚訝，」瓦德瓦說。 “事實上，我們的合作者最初將這個實驗設計為‘陰性對照’，這意味著我們預計（一旦出現）沒有鞭毛的細胞將不會移動。” “但是細菌的遷移是不可逆的，就好像沒有什麼問題一樣，這讓我們踏上了多年的旅程，以了解它們是如何做到這一點的。

“這表明，即使我們認為我們已經解決了一些問題，但在表面之下，或者在這種情況下，在表面之下，經常有驚喜等待著。”

瓦德瓦是演化機制生物設計中心的研究員，也是亞利桑那州立大學物理系的助理教授。該研究出現在 細菌學雜誌 它被選為編輯選擇以強調其重要性。

用糖洗

當細菌消耗可發酵糖（例如葡萄糖、麥芽糖或木糖）時，洗滌作用就開始了。在發酵過程中，微生物會釋放酸性產物，包括乙酸鹽和甲酸鹽。這些化合物將水從周圍表面拉向菌落，產生小電流將細胞向外推。

此運動需要可發酵糖。沒有它，細菌就無法產生清洗所需的流體。因此，體內富含糖的環境，例如黏液，可以促進有害細菌的傳播並引起感染。

科學家也測試了當表面活性劑（一種類似洗滌劑的分子）添加到菌落中時會發生什麼。這些化合物完全不再被洗掉。然而，相同的化學物質並不會幹擾群聚，這是另一種鞭毛輔助的細菌運動，使微生物能夠在潮濕的表面快速傳播。這種差異表明這兩種行為取決於不同的物理機制。他還建議，有一天，表面活性劑可能會被用來控制細菌的運動，這取決於微生物是集群還是集群。

即使普通游泳機故障，細菌仍能在表面定殖，這項發現具有重要的健康意義。有些微生物可以透過清洗傳播到醫療導管、植入物或醫院設備。僅僅阻塞鞭毛可能無法阻止這種傳播。相反，治療可能需要針對驅動液流的代謝過程。

大腸桿菌 沙門氏菌是食源性疾病的已知原因。認識到這些細菌可以透過被動流體流動傳播可能有助於改善食品加工設施的衛生策略。由於洗滌是基於發酵和酸性產品，因此改變表面 pH 值或糖水平等因素可以限制細菌生長。研究發現，即使是酸度的微小變化也會影響細菌的移動方式。

類似的情況也可能存在於人體內。腸道黏液、傷口液體或尿道等潮濕環境提供了細菌可以透過擦洗傳播的表面，即使它們的鞭毛無法有效發揮作用。

細菌運動的分子齒輪系統

第二項研究檢視了另一類稱為黃桿菌的微生物。不像 大腸桿菌這些細菌不會游泳。相反，它們使用一種稱為 9 型分泌系統（T9SS）的專用機器穿越環境和宿主表面。該系統運行沿著細胞表面移動的分子傳送帶。

在正常條件下，T9SS 允許黃病毒細菌在表面滑動。該機制的工作原理是在細胞外部移動一條塗有黏合劑的帶，以類似雪地摩托車的微觀運動向前拉動細菌。

研究人員發現，該系統中的一種名為 GldJ 的蛋白質充當一種控制馬達方向的傳輸裝置。當 GldJ 的一小部分被移除時，馬達從逆時針方向反轉為順時針方向。這種變化改變了細菌傳播的方向。

該研究詳細描述了這種分子齒輪機制，並展示了它如何讓細菌調整其運動以應對複雜的環境。這種能力可以透過幫助微生物更有效地在表面導航來提供演化優勢。

對人類健康和微生物組研究的影響

T9SS 影響的不僅是細菌運動。根據相關微生物群落的不同，它也會以不同的方式影響人類健康。

在口腔微生物組中，含有 T9SS 系統的細菌與牙周病有關。它們釋放的蛋白質會引起口腔炎症，也可能導致心臟病和阿茲海默症等疾病。

相較之下，腸道微生物組中的 T9SS 活性可能是有益的。透過此系統分泌的蛋白質可以保護抗體免於破壞，增強免疫防禦，並有可能提高口服疫苗的有效性。

了解這種分子齒輪箱的工作原理可以幫助研究人員開發出防止細菌形成生物膜的方法，生物膜是導致感染和污染醫療設備的黏性群落。同時，科學家或許能夠利用這些機制來支持有益微生物並設計有針對性的微生物組療法。

「我們非常高興發現一種特殊的雙作用奈米系統，它整合了反饋機制，揭示了可控的生物雪地車，並展示了細菌如何在動態環境中微調運動和分泌，」Shrivastava 說。 「在這一突破的基礎上，我們現在的目標是確定這種非凡分子轉運蛋白的高分辨率結構，以原子分辨率可視化其運動部件如何聯鎖、傳遞力和響應機械反饋。揭開這一複雜的設計不僅將加深我們對微生物進化的理解，還將激發下一代奈米機器和生物工程治療技術的發展。」

Shrivastava 是基礎和應用微生物組生物設計中心和演化機制生物設計中心的研究員，也是亞利桑那州立大學生命科學學院的助理教授。結果出現在期刊上 姆比奧。

多種策略幫助細菌傳播

乍一看，流體衝浪和分子齒輪變速這兩個發現似乎相距甚遠。然而，兩者都強調了細菌如何進化出一系列意想不到的移動和傳播策略。微生物的運動選擇越多，它們就越難控制。

這些發現也表明可能需要新的方法來對抗細菌感染。許多傳統策略都專注於鞭毛破壞。但這些研究表明，即使沒有它，細菌也可以繼續傳播。

該研究顯示控制細菌生存環境的重要性。糖的利用率、pH 值和表面化學等因素在限制細菌運動方面發揮重要作用。幹擾 T9SS 變速箱等分子系統可以防止細菌移動和釋放導致疾病的有害蛋白質。