佐治亚理工学院和埃默里大学WallaceH.Coulter生物医学工程系的研究人员在地球上研究最多的生物之一中发现了一些新东西。他们的发现可能会影响破坏性细菌性疾病的治疗和预防。

大肠杆菌或大肠杆菌名声不好是有充分理由的。生活在我们肠道中的这群多样化的细菌大多是无害的，并且在维持健康的消化系统方面发挥着重要作用。但是一些大肠杆菌属于最致命的致病微生物。

致病性大肠杆菌对人类造成致命的、代价高昂的损失，每年花费数十亿美元治疗和杀死全世界数百万人。它与腹泻病、腹膜炎、结肠炎、呼吸道疾病和肺炎以及其他疾病有关。它是80%的尿路感染的主要原因，尿路感染是最常见的细菌感染。

因此，在过去一个世纪左右的时间里，研究人员一直热衷于了解有关大肠杆菌的一切知识。他们从各个角度对其进行了探索、综合和审查，以至于许多人认为没有太多其他东西可以学习。

“它可能是地球上研究最深入、理解最透彻的生物体，”库尔特系助理教授凯尔·艾利森(KyleAllison)说。“因此，尤其是在过去20年左右的时间里，微生物学家倾向于更多地关注其他微生物。”

但是Allison和他的同事们仔细研究了大肠杆菌，他们的研究正在产生关于这种普遍存在的单细胞生物的新见解，并提出新问题。一方面，大肠杆菌似乎并不总是单细胞的。研究小组在本月发表在iScience杂志上的研究“大肠杆菌中可能存在多细胞生命周期的证据”中解释了这一切。

“我们在细菌中发现了一些以前从未见过的东西，”Allison说，他位于埃默里的实验室密切研究单个细菌，以更好地了解抗生素耐药性和多细胞生物膜。与Allison合作的是他实验室的两名成员，研究生研究员DevinaPuri(第一作者)和博士后研究员XinFang。

微生物群落

在自然界中，细菌生活在称为生物膜的群落中，生物膜是包裹在自制、自我维持的粘液基质中并附着在多种潮湿表面上的微生物群。它们无处不在我们周围和我们内心。常见的日常生物膜例子包括牙菌斑和池塘浮渣。

它们可以在植物和动物组织(例如我们的消化道内部)上生长，并引起严重感染。最重要的是，生活在生物膜保护基质内的细菌不太可能受到抗生素的影响。

“我们知道生物膜在临床上很重要，特别是与感染有关，”Allison说，她指出大约80%的细菌感染都含有生物膜成分。“几乎所有研究过的细菌都可以制造它们。”

对于这项研究，Allison的团队开发了结合微流体和琼脂糖垫(用于活细胞成像)的设备，并使用自动显微镜跟踪和记录大肠杆菌的形态发生。

他们发现了一些新东西——大肠杆菌中的多细胞自组装过程。研究人员观察到未附着的单细胞生物结合成四细胞玫瑰花结，这是一种被认为在细菌中不常见的天然多细胞结构。

“玫瑰花结在哺乳动物等高等生物中相当重要，因为它们启动了胚胎发生等发育过程，”Allison说。

多细胞链

他们观察到大肠杆菌玫瑰花结长成宽度恒定的链，在附着到表面并形成生物膜之前会继续生长10代。他们看到并记录了以前从未见过或记录过的细菌过程。

“我们在这里看到的是细菌可能不是我们过去认为的那样，”Allison说。“我怀疑我们发现的东西比我们知道的要普遍得多。”

他们对大肠杆菌和生物膜多样性的了解对合成生物学、细菌性疾病的治疗和预防以及我们对多细胞发育的理解具有重要意义。例如，Allison认为他的实验室的研究可以作为其他研究领域的蓝图——例如生物膜工程，它利用微生物群落的有益用途，从而产生可编程的生物膜。

“根据我们所了解的情况，生物膜工程最有效的方法可能是让生物体做它们想做的事，”Allison说。“然后，在最后一个阶段，我们的想法是对其进行编程，让它做你需要它做的事情——创造一个用于药物开发的分子，表达一种酶来帮助降解生物塑料，或者一些对环境有害的东西。我们的工作为如何进行提供了一些明确的证据。”