<p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1672412585242/1672412585242.jpg" width="741" height="736" /></p> <p>&nbsp;</p> <p>圖為直徑9厘米的綠膿桿菌菌落自主構(gòu)建的運河網(wǎng)路。深色帶狀為運河，運河中的流體以每秒數(shù)百微米的速度定向流動。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1672412595510/1672412595510.jpg" width="808" height="917" /></p> <p>&nbsp;</p> <p>綠膿桿菌利用運河有效地清除競爭者金黃色葡萄球菌菌落。位于運河的金黃色葡萄球菌菌落（實線圓圈內(nèi)的綠色螢光蛋白標記）在一小時內(nèi)被清除殆盡，而運河外部的金黃色葡萄球菌菌落（虛線圓圈內(nèi)）在遇上綠膿桿菌一小時后仍保留了約一半的生物量。</p> <p>&nbsp;</p> <p>香港中文大學(xué)（中大）物理系團隊帶領(lǐng)的研究發(fā)現(xiàn)一種全新的細菌群落自組織行為，挑戰(zhàn)了以往科學(xué)界認為細菌群落的長距離物質(zhì)傳遞效率低的觀點。團隊發(fā)現(xiàn)，細菌群落會自行組織建立如運河般的液體通道「菌落運河」來進行長距離物質(zhì)輸送，而「運河」更有助細菌清除競爭者。研究為合成生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)及環(huán)境的應(yīng)用提供新發(fā)展方向，亦有助進一步了解病菌的致病機制。有關(guān)研究結(jié)果已于學(xué)術(shù)期刊《eLife》發(fā)表。</p> <p><br /><span class="h1">從常見細菌中發(fā)現(xiàn)不尋常的「菌落運河」</span></p> <p><br />多細胞生命系統(tǒng)，例如動物和植物，需要利用液體通道來進行長距離物質(zhì)遞送，以維持生理活動。過往科學(xué)界認為，微生物是靠分子擴散來遞送物質(zhì)，而這種方法大多只能作短距離，其在長距離的遞送效率很低。不過，中大物理系教授吳藝林教授聯(lián)同是次論文共同第一作者、物理系博士研究生酈野及劉士奇的研究，卻發(fā)現(xiàn)微生物如細菌群落，能像動物般自組織液體通道來進行長距離物質(zhì)遞送。</p> <p><br />中大團隊從常見的綠膿桿菌（又稱銅綠假單胞菌，Pseudomonas aeruginosa）中發(fā)現(xiàn)這個全新的細菌群落自組織行為。綠膿桿菌廣泛存在于自然界，常見于傷口感染。團隊發(fā)現(xiàn)，當綠膿桿菌在固體表面形成菌落時，菌落內(nèi)部會自發(fā)產(chǎn)生多條數(shù)十至數(shù)百微米寬、長約數(shù)厘米的液體通道。在液體通道中，細胞個體和細胞外囊泡等物質(zhì)以每秒450微米的高速從菌落中心向外遞送，比一般游走速度快10倍。這些液體通道的形狀類似人工建造的運河，團隊稱之為「菌落運河」。</p> <p><br />利用多尺度顯微成像、粒子追蹤以及物理建模等，中大團隊進一步解構(gòu)出「菌落運河」的形成，主要靠表面張力和復(fù)雜流體的不穩(wěn)定性來驅(qū)動。過程中，細菌會自主分泌出一種常見于清潔劑，可降低液體表面張力的物質(zhì)&mdash;「表面活性劑」。菌落會與表面活性劑混合變成復(fù)雜流體，當表面活性劑從菌落中心向四周擴散時，菌落內(nèi)部的表面張力小于菌落外部，菌落便被向外拉伸，形成一個個呈帶狀的液體區(qū)域；當區(qū)域穩(wěn)定后便形成有多條支流和網(wǎng)絡(luò)的「菌落運河」。團隊亦建構(gòu)了一個結(jié)合介面力學(xué)、物質(zhì)遞送和細胞通訊的數(shù)學(xué)模型，以揭示菌落運河的流動速度分布和變化。</p> <p><br /><span class="h1">助清除超級惡菌&nbsp;推動合成生物學(xué)研究</span></p> <p><br />另外，團隊與深圳南方科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院楊亮教授合作，證明了這種由細菌自組織建造的「菌落運河」能有助綠膿桿菌清除競爭者，例如會引致皮膚和軟組織感染的金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），它具有耐受多種抗生素藥物的能力，被喻為超級惡菌。是次研究有助了解致病菌之間的競爭或共存關(guān)系，以及病菌的散播機制。</p> <p><br />吳藝林教授表示﹕「這項研究揭示了生命物質(zhì)中一種新穎的物理過程，亦表明了原始的生命形態(tài)可以利用表面張力來驅(qū)動大規(guī)模的物質(zhì)遞送。研究結(jié)果將有助于設(shè)計具自組織功能的人工合成微生物群落，用于開發(fā)新型生物材料，促進生物工程、合成生物學(xué)的發(fā)展?！?lt;/p> <p><br />中大團隊獲香港研究資助局、國家科技部及中大研究委員會支持開展是次研究。</p> <p><br />研究論文全文請參閱﹕&nbsp;<a href="https://doi.org/10.7554/eLife.79780">https://doi.org/10.7554/eLife.79780</a></p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>