細菌擁有一種簡(jiǎn)單而強大的機制，能夠控制其對環(huán)境刺激的敏感性。巴塞爾大學(xué)的最新研究揭示，細胞的響應能力與其生長(cháng)速率直接相關(guān)：生長(cháng)速度越慢的細胞，對環(huán)境變化的反應越敏感。這種增強的敏感性為細胞在生存中提供了重要優(yōu)勢。

巴塞爾大學(xué)生物中心的Erik van Nimwegen教授領(lǐng)導的研究團隊發(fā)現，細菌應對環(huán)境條件的新機制。研究人員的理論源于一個(gè)簡(jiǎn)單而有趣的觀(guān)察：細菌的生長(cháng)速率與其對信號分子的敏感性似乎存在關(guān)聯(lián)。隨后的實(shí)驗在大腸桿菌中驗證了這一理論機制。該研究成果已在《Science  Advances》期刊上發(fā)表。

一個(gè)簡(jiǎn)單而有趣的機制

“我們發(fā)現，細胞生長(cháng)越慢，對環(huán)境信號的反應越敏感，”第一作者Thomas Julou博士解釋道。“令我們特別感興趣的是這一機制的簡(jiǎn)單性，以及它在生物系統中可能廣泛存在。”當細胞快速生長(cháng)時(shí)，它們傾向于忽略環(huán)境中的“噪聲”。而當環(huán)境狀況不佳時(shí)，它們則會(huì )更加仔細地“傾聽(tīng)”，探索周?chē)h(huán)境并尋找新的生存策略。

基礎理論：細胞的生長(cháng)速度決定了細胞內信號分子的稀釋速度，包括與基因調控相關(guān)的信號分子。在迅速生長(cháng)的細胞中，由于稀釋效應，信號分子消失得更快，因此外界刺激的感知會(huì )減弱。而在生長(cháng)較慢的細胞中，信號分子留存時(shí)間更長(cháng)，更容易積累，使細胞對環(huán)境條件更加敏感。

大腸桿菌的實(shí)驗驗證了理論

圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1072329

圖片信息：大腸桿菌的電子顯微照片，數字著(zhù)色。

研究團隊不僅在理論上推導出這一效應的存在，還通過(guò)實(shí)驗在大腸桿菌中進(jìn)行了驗證。他們采用現代微流控技術(shù)結合時(shí)間推移顯微鏡，對單個(gè)細胞進(jìn)行了分析，同時(shí)也借鑒了一些在分子生物學(xué)早期階段就已可行的經(jīng)典實(shí)驗。

“對我而言，這項研究強調了即使是那些看似顯而易見(jiàn)的簡(jiǎn)單生物學(xué)原理，往往也需要通過(guò)細致的理論分析才能被發(fā)現，”Erik van Nimwegen表示。細胞生長(cháng)與信號處理之間的新聯(lián)系，為我們理解細胞決策過(guò)程的邏輯提供了新的視角，并對深入探討細菌行為的機制具有重要意義。

雜志：Science  Advances

DOI：10.1126/sciadv.adu9279