开创性研究:细菌实际上像大脑中的神经元一样进行交流 2017-01-11 10:24:10

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加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员发现,细菌通常被认为是简单的孤独生物,实际上利用的复杂通信机制类似于人脑中神经元所使用的电信号机制

正如UCSD分子生物学副教授GürolSüel及其同事在最新一期的“自然”杂志上报道的那样,当这些微生物在社区中生活在一起时,它们通过称为“离子通道”的特殊蛋白质直接相互通信

“我们的发现不仅改变了我们对细菌的看法,也改变了我们对大脑的看法,”Süel在一份声明中解释说

“我们所有的感官,行为和智能都来自离子通道介导的大脑神经元之间的电子通信

现在我们发现细菌使用相似的离子通道来传达和解决代谢压力

“这项研究建立在之前的研究基础上,该研究确定生物膜能够解决其社区内的社会冲突,这也表明一些神经系统疾病由代谢应激可能在某一点上具有细菌性质

如果是这样,它可以为医生提供一种治疗这种疾病的新方法

与偏头痛相似,诱发癫痫发作的情况Süel解释说,之前对细菌离子通道的分析是科学家对我们大脑中电信号传递的了解的基础

然而,微生物究竟如何使用这些通道本身仍然未知,因此研究人员决定研究有组织的细菌细胞群落中的长距离通讯,称为生物膜

当由数十万种枯草芽孢杆菌细胞组成的生物膜生长到特定大小时,他们发现细胞的保护性外缘停止生长,因此谷氨酸等营养物质可以继续流向受保护的中心,从而确保这些细菌的存活

他们设计了一个实验,以了解这种明显的协调是如何发生的

为了测量代谢振荡期间细菌细胞膜电位的变化,他们发现离子通道是导致与生物膜生长相关的振荡变化的原因

振荡通过空间传播的带电钾离子波在整个生物膜中传导远程电信号,从而协调代谢活动

Süel说,一旦从细菌中删除了允许钾进入和离开细胞的通道,生物膜就不能再传输这些电信号了

细菌不仅以类似于神经元的方式使用电信号进行通信,而且微生物使用的过程被认为类似于“皮质扩散抑郁症”,这种情况被认为与人类的癫痫发作和偏头痛有关,研究作者发现

“生物膜内的细菌群体看起来很像”微生物大脑“,”Süel补充道

“有趣的是,我们发现的偏头痛和细菌中的电信号都是由代谢应激引发的

这表明,最初为癫痫和偏头痛开发的许多药物也可能有效地攻击细菌生物膜

“ - 特写图片:Suel lab