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细菌信息数字化~提倡细菌间信息传达的新模型~

2017/03/04

筑波大学 生命环境系 豊福雅典助教(兼任苏黎世大学客座研究员)与野村畅彦教授等人的研究团队在与瑞士苏黎世大学,住友重机械工业有限公司,住友重机械环境有限公司,德国亥姆霍兹中心慕尼黑的共同研究下,发现担任细菌之间对话(信息传递)的中介物质(信号物质)是由细胞膜构成的袋状MV(膜泡)来传递搬运的。

大量细菌通过信号物质来互相传递信息,通过调节遗传基因表现来发挥作为一个集团的性质。信号物质的大部分都由一种称为酰化高丝氨酸内酯(AHL)的拥有相同构造的化合物构成。AHL力含有十分难溶于水的物质,因此现在还无法解释,拥有疏水性质的信号物质是如何在水环境之中完成细胞间信息传达,同时如何达到调节遗传基因表达的浓度(阈值)的。

本研究指出,疏水性的AHL由构成细胞膜的MV释放出来,然后传达到其他的细胞。MV的每一个粒子里都含有一个阈值以上的AHL。一直以来都认为,信号物质慢慢扩散,然后连续地调节遗传基因表达,然而本研究发现,通过MV运输的信号物质通过一开一关来不连续(数字)的控制遗传基因表达。同时,长距离信息传达也可通过MV实现。本研究还发现,MV拥有识别自身放出的细胞的功能,因此在信息的交通管制上发挥出重要作用。

图1 在细胞周围大量存在的球状构造物就是MV(膜泡)

图2 通过MV实现信息(信号物质)的数字化。信号物质(蓝色9)通过浓缩进入MV,从而使信息数字化。模拟信息传达(左图)中,信号物质在集团整体中连续的传递,随着传达距离变远而被稀释。最终达到阈值以下的浓度。数字化的信息传达(右图)中,信号物质由MV包装起来,不连续的传达出去。在这种情况下,虽然随着传达距离变长,准确接受信号物质的成功率会降低。但是信息浓度却保持在阈值以上。

图3 通过MV的信息运输。MV拥有附着于自身释放的特定细胞的特性,因此包含与MV中的信号物质会传达到特定的细胞中去。

刊登论文

【标题】 Membrane vesicle-mediated bacterial communication
(经由膜泡的细菌间信息传达)
【作者名】Masanori Toyofuku1、2,Kana Morinaga1, Yohei Hashimoto3, Jenny Uhl5,Hiroko Shimamura1 , Hideki Inaba4 , Philippe Schmitt-Kopplin5 、 6 , Leo Eberl2 , Nobuhiko Nomura1.
1. 筑波大学
2. 苏黎世大学
3. 住友重机械工业有限公司
4. 住友重机械环境有限公司
5. 亥姆霍兹中心慕尼黑
6. 慕尼黑工科大学
【刊登杂志】 The ISME Journal

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