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細菌可將「感官記憶」傳到下一代 形成更頑固細菌膜

2018/4/9 — 16:17

綠膿桿菌
Credit: Janice Haney Carr / USCDCP

綠膿桿菌
Credit: Janice Haney Carr / USCDCP

細菌沒有中央神經系統或神經元,到底牠們如何知道哪些是較易感染的目標呢?將會刊於《美國國家科學院院刊 (PNAS)》四月實體版的研究首度發現,細菌有節奏的感官活動可被遺傳,或是理解難以醫治的抗藥惡菌感染的重要一步。

該研究團隊主要研究綠膿桿菌 (Pseudomonas aeruginosa) 造成的感染。該種菌會於囊腫性纖維化 (Cystic Fibrosis) 患者的呼吸道形成細菌膜,令病人造成持續感染,出現呼吸困難,嚴重可致命。而細菌膜通常由基因完全相同的細菌細胞組成,亦幾乎可以在任何表面形成,如在器官或外物移植上形成,或會導致手術失敗。

團隊以自家開發的多代細胞追踪技術,以及其他數據分析細菌細胞處於感應可依附表面過程,發現具有細胞信息傳遞作用的小分子環腺苷酸 (Cyclic adenosine monophosphate ,簡稱為 cAMP) 表達以及影響綠膿桿菌細胞活動的 IV 型菌毛 (type IV pili) 活性水平,這兩個細胞活動環節以有節奏形式,隔數小時相連。

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團隊發現,通過這種有節奏的模式,細菌能夠決定是否抑制蠕動,變得靜止不動,最終不可逆地附著於表面並形成細菌膜,而且這種節奏能被遺傳,令後代在同一表面更緊貼地依附,形成更頑固細菌膜。

有份參與研究的美國達特茅斯學院微生物及免疫學教授 George O’Toole 指,早期細菌膜形成過程中可逆轉和不可逆轉的依附有何關係的概念在上世紀 30 年代曾有過描述,但 90 年後的今天,人類才首次能夠追踪整個基因相同細菌群族的行為、這些關係如何推動早期細菌膜形成,並且發現細菌後代可以記住其祖先的表面感應信號。

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來源:
Phys.org, Bacteria can pass on memory to descendants, researchers discover, 6 April 2018

報告:
Lee, C.K., de Anda, J., Baker, A.E., Bennett, R.R. & et al. (2018). Multigenerational memory and adaptive adhesion in early bacterial biofilm communities. PNAS published ahead of print March 20, 2018. DOI: 10.1073/pnas.1720071115

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho 

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