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Nat Chem Biol | 刘锦涛团队发现群体特异性死亡促进细菌扩张

BioArt · 公众号 · 生物 · 2025-01-03 00:33

正文

细菌在营养匮乏的环境中的如何生存是微生物学领域的一个基本问题。浮游态细菌常通过提高营养转运能力、降低非必需活动等方式提高存活。群体状态的细菌是否有更好的生存策略？

2025年1月2日，清华大学基础医学院刘锦涛课题组在Nature Chemical Biology杂志上发表了题为”Community-specific cell death sustains bacterial expansion under phosphorus starvation”（群体特异性细胞死亡维持细菌在磷饥饿下的扩张）的论文。该研究发现，细菌在磷供给缺乏时触发群体特异性死亡的现象，并通过回收含磷分子以维持群体扩张，展现了一种独特的适应机制。

研究者以大肠杆菌生物被膜为研究模型，发现环境中的磷供给缺乏时，生物被膜仍然能够维持长时间的扩张。研究者通过代谢组学的方法发现，磷供给缺乏导致生物被膜中的胞外磷脂水平显著增加。进一步的研究发现这些磷脂来自活性氧介导的细菌死亡。生物被膜通过回收死亡细菌所释放出的磷以维持持续性的扩张。

与磷缺乏所不同的是，面对碳、氮供给缺乏时，生物被膜很快停止扩张。其中，碳缺乏导致生物被膜整体的死亡，因而不能持续扩张；氮缺乏不会导致显著死亡，生物被膜同样无法持续扩张。磷缺乏所诱导的细胞死亡主要集中在生物被膜的内部区域，因此生物被膜外部区域的细菌能够利用内部死细胞释放出的含磷分子维持扩张。这体现了生物被膜通过空间分化优化资源利用的能力。有趣的是，研究者发现该现象为细菌群体所特有。浮游态细菌并未在磷供给缺乏时出现死亡，胞外磷脂水平也未出现显著增加。