细菌到处都发现生活在我们的星球上,人类肠道内的土壤深的水下。当科学家们研究细菌在实验室里,他们经常检查单个细菌细胞在液体迅速成长的文化。然而,细菌在自然界中通常存在于形式的结构称为biofilms-dense种群的细胞彼此相连,与矩阵的表面粘粘的粘性。
为了节省能源,细菌细胞通常把电子从糖和电子转移到氧分子。虽然在生物膜表面的氧气充足,很少有在底部,为生物学家创造一个难题:如何细菌埋在厚厚的生物膜的底部"breathe"如果他们缺乏准备好氧或其他电子受体用于节约能源吗?
细菌可以以多种方式解决这个问题。在一个策略,细菌产生所谓的细胞外电子shuttles-small,扩散分子与各种基板交换电子的能力。
研究人员在实验室Dianne纽曼,加州理工学院# x27; s戈登·m .粘结剂/安进教授生物学和生物学和分子生物学执行官、已经取得了进展对机械的了解有机体的这一过程称为铜绿假单胞菌。铜绿假单胞菌的生物模型研究生物膜和胞外电子航天飞机。这也是一个危险的投机取巧的病原体:它在2019年超过30000院内感染引起,它本质上是抗生素耐药。了解p .绿脓杆菌# x27; s代谢过程可能导致更有效的新方法来治疗这些感染,同时提供洞察多种细菌生物膜的工作原理。
一篇论文描述了新的研究出现在8月6日在《细胞》杂志上。
生物学家认为修改的关键代谢铜绿假单胞菌等生物在于被称为吩嗪分子。纽曼实验室的研究人员曾表明,细菌不能产生吩嗪也不能形成生物膜;相反,它们形成的结构非常薄,每个细胞都有获得氧气。2016年,纽曼和她的同事们表明,铜绿假单胞菌生物膜发展可以通过添加一个抑制细胞外酶,降解微生物产生的吩嗪的关键。
在这个新的研究中,研究小组专注于矩阵的"goo"持有生物膜一起发现如何吩嗪帮助细菌无氧呼吸。这项研究是由前研究生斯科特·桑德斯(博士& # x27; 20),在与杰奎琳·巴顿的实验室的研究人员合作,加州理工学院# x27;约翰·g·柯克伍德和阿瑟·a·诺伊斯的化学教授,和伦纳德温柔的华盛顿海军研究实验室的,华盛顿特区
首先,团队绘制吩嗪的分布在生物膜内。为此,他们生长生物膜板上点缀着小毛孔,创造一种筛通过吩嗪分子,但不是细菌细胞,可以逃脱。这些实验表明,某些吩嗪,包括一种叫做绿脓菌素的特定分子,不扩散的生物膜但仍被困在其中。
生物膜内捕获绿脓菌素是什么?答案是矩阵中发现的细菌细胞之间的物质。除了蛋白质纤维和糖分子,这个矩阵包含了大量丰富的松散的DNA细胞死亡和溢出的内容进入生物膜。桑德斯和他的团队发现,绿脓菌素是绑定到细胞外的DNA。
pyocyanin-DNA复合物的团队理论在某种程度上传送电子从底部层生物膜的富氧。的确,当他们生长生物膜电极,他们能够表明,生物膜生成的电流。,目前继续流细菌细胞从感伤的矩阵中删除时,这表明一些在matrix-such pyocyanin-DNA组合是控制电荷转移。
这导致另一个问题:电子被移交绿脓菌素分子之间,像一个接力棒接力赛跑,或绿脓菌素分子物理移动通过这部电影同时携带电子呢?为了找到答案,桑德斯和他的团队转向巴顿的专业实验室,拥有,几十年来,研究DNA链如何像一根电线进行收费。研究小组发现,DNA的生物膜矩阵实际上是导电的。
结果,加上其他实验的结果,直接检查pyocyanin-DNA电荷转移,表明这一机制可能导致生物膜的新陈代谢。纽曼指出,然而,也有可能帮助DNA陷阱吩嗪在生物膜内但不需要电子转移反应。
这些发现导致第一机械模型phenazine-mediated生物膜中电子转移矩阵,埋在生物膜细菌如何呼吸。
"I多年来一直在研究生物膜的新陈代谢,和斯科特# x27; s严格工作代表一个重要的概念,"纽曼说。"I感到非常自豪的成就在他的博士学位,感谢我们所有的优秀的合作者是谁做了这个possible."跨学科项目
本文题为"Extracellular DNA绿脓菌素促进有效的细胞外电子转移的铜绿假单胞菌生物膜。要学习# x27;年代"桑德斯是第一作者。除了桑德斯,纽曼,巴顿,其他合作者谢仕荣前博士后(现在的香港大学);马修·耶茨斯科特•特拉梅尔和伦纳德海军研究实验室的温柔;费尔南达吉梅内斯Otero乔治梅森大学;和埃里克Stemp山的圣玛丽# x27; s大学。资金是由美国国立卫生研究院,陆军研究办公室,海军研究办公室,唐娜和本杰明·m·罗森加州理工学院生物工程中心。
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