細菌可以通過電子信號相互溝通？

隨著越來越多的菌株對我們武器庫里的抗生素產生抗藥性，人們已經是“談菌色變”了。去年，一名美國婦女死于一種超級病菌，這種超級病菌已經對人類所有可用的抗生素都產生了抗藥性。

我們所說的細菌是一些看似簡單的單細胞生物體，但科學家持續在這些細菌的身上發現了更多令人害怕的事實：比如說它們會發送電子信號召集同伴來加入它們的陣營。

只要細菌在一個表層上粘成一團，細胞中就會形成一層滑滑的薄層——生物膜，這就是關于生物膜的近期研究的總結。通過這個黏滑的薄層，我們更加了解微觀生物群體的生活方式。

生物膜是無處不在的，在牙菌斑和牙齒內側的根部就能找到生物膜。研究人員一直格外關注生物膜，這是因為生物膜并不是指一個細菌菌株的生長，而是指很多細菌種類聚集起來，從而形成了這些粘性的粘附膜。要用化學藥品和抗生素去對付這些生物膜是非常困難的。

據估計，人體內80%的細菌感染都是由生物膜引起的；所以，如果我們能夠查清楚這些生物膜是怎么形成的，以及如何打破和分解這些生物膜，我們將會迎來醫學領域的一個巨大勝利。

目前，來自加利福尼亞的一支科學家團隊表示，真相是細菌通過對外發送電子信號召集新的同伙去形成生物膜，而它們召集的同伙是不同種類的外部細菌。

“通過這種方式，盡管有些細胞距離細菌很遠，而且也不屬于它們的陣營，生物膜內的細菌還是可以對人體細胞的行為進行大范圍和動態的控制，”研究帶頭人Gürol Süel解釋說。

不過，現在我們知道了細菌是怎樣運作的，這是一個好消息。有了這一發現，我們在對于生物膜的處理和進一步理解細菌最初溝通和團體合作的方式等方面都有了新的選擇。

之前，這個團隊已研究發現細菌能夠像神經元那樣通過電子信號進行溝通；基于此研究，該團隊開展了新的研究。名為“離子通道”的小氣孔使得帶電的分子能夠出入細胞。

在這種情況下，鉀離子能夠在整片生物膜上引起陣陣波紋——就像是企業內部的郵件列表中的一個信息。當團體中心的細胞的營養成分不足時，它們會發送帶電的脈沖，促使邊緣的細菌減緩生長、減少食物的消耗。

來自圣地亞哥的最新研究表明，這些“離子通道”也會使細菌和遠距離、不同類別的細菌進行交流，盡管那些細菌在它們的生物膜團體范圍之外。因為一旦鉀離子到達生物膜的邊界，鉀離子會繼續向外傳播。

當研究人員用熒光染料追蹤細菌細胞時，他們注意到其他細菌細胞輪流地接收鉀離子并游向信息的源頭，似乎是召集城外的小伙伴去加強生物膜團體。

“令人震驚的是，鉀離子正是所有細胞的傳播媒介，”團隊作者杰奎琳·漢弗萊斯（Jacqueline Humphries）在《大西洋月刊》（The Atlantic）上告知Ed Yong這一原理，“鉀離子使得不同種類的細菌跨越進化的劃分、形成并存的團體。”

另外，科學家說他們的研究能夠解開人體腸道內微生物組織運作的隱藏秘密，該研究也能解釋細菌是如何根據電子信號進行自我調節的。細菌和人體腸道細胞甚至能夠共同合作呢！

“這是一個神奇的研究，它能夠重新塑造我們對細菌相互交流和生物膜形成的想法，”來自威斯康星大學的海倫·布萊克威爾（Helen Blackwell）對《大西洋月刊》（The Atlantic）說，她并未參與到此項研究中。“這個研究向我們展示了不同種類的細菌應用了一個簡單而普遍的方式進行交流——就是通過電子信號進行交流。”

該研究目前發表于Cell中。

蝌蚪五線譜編譯自sciencealert，譯者李二寶，轉載須授權