加州理工学院的研究人员和合作者已经发现大肠杆菌是如何进化地将细胞机制改造成一种导航系统，以控制其在环境中的运动。
这项研究是由生物物理学和生物学教授、霍华德·休斯医学研究所研究员格兰特·詹森实验室的研究人员领导的。一篇描述这项研究的论文发表在4月27日的《自然通讯》杂志上。
就像你可能会跟随你的鼻子去寻找美味的气味——或者远离坏的气味——细菌在它们的环境中感知化学物质，并利用被称为鞭毛的旋转尾巴四处移动。这种检测外部化学信号并采取相应行动的过程称为趋化。
"博士后学者、这项新研究的第一作者Davi Ortega说，趋化系统嗅探环境中的化学线索，并引导细菌走向有益的地方而远离有害的地方。有人认为这个系统是brain35;因为它是一种相对简单却复杂的决策机制——它告诉细菌去哪里。它是通过考虑大量不同的化学线索，整合信息，并将当前环境状态与几分钟前的情况进行比较来做到这一点的
趋化是化学感觉途径的一个例子。在细菌中有19种不同的化学感觉途径，尽管不是所有的都能控制细菌的运动。每个通路都是由不同的化学感觉蛋白亚组组成，并形成独立的大分子。
以前研究过大肠杆菌的化学感觉系统，但在这项新研究中，研究人员使用了一种叫做低温电子显微镜的技术，研究了构成同一类细菌化学感觉途径的分子机制。他们对四种微生物——霍乱弧菌(引起霍乱的细菌)、铜绿假单胞菌、希瓦氏菌和嗜钙甲基微菌进行了成像，并发现了两种存在于所有细菌中的化学感觉系统。这些系统以不同的结构组合在一起。已知其中一个系统控制鞭毛运动，但另一个系统的功能仍是个谜;只有当细菌处于饥饿状态时，它才会出现。
通过比较基因组学和系统发育分析，研究人员发现，由于未知的原因，在假单胞菌和弧菌中控制鞭毛运动的化学感觉途径与在大肠杆菌中使用的不同。研究小组发现，这个功能未知的系统后来在大肠杆菌中进化成了趋化系统。
我们发现改变化学感觉系统的输入和输出可以改变它们在细胞中的生物角色，Ortega说。"我们展示了大自然是如何通过相对直接的改变来重新利用复杂的化学感觉机来执行不同的生物功能。这项工作使化学感觉系统成为未来控制不同细胞功能的可行候选。举个推测的例子，我们也许有一天能够开发出生物工程细菌机器人，由适应性的化学感觉途径控制，可以作为药物传递系统
这篇论文的题目是":化学感觉大分子机器的再利用。"的其他合著者包括荷兰莱顿大学的杨文和Ariane Briegel;前加州理工学院博士后学者Poorna Subramanian;德国马克斯·普朗克陆地微生物研究所的佩特拉·曼恩和西蒙·林格加德;前加州理工学院访问学生Andreas Kj provr，现在牛津大学;加州理工学院研究科学家陈松业(博士'07)，贝克曼研究院低温电子显微镜资源中心联合设备主任;洛马林达大学的凯利·沃茨;南加州大学的Sahand Pirbadian;圣地亚哥州立大学的David Collins和Marina Kalyuzhnaya;苏黎世Eidgenossische Technische Hochschule的Romain Kooger。
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