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從大氣、云霧、動(dòng)植物到溫泉、沙漠、化糞池，都專(zhuān)家在研究那個(gè)舞臺上細菌主角的故事，可是沒(méi)有一個(gè)人膽敢說(shuō)自己有能耐追蹤細菌在這么多各領(lǐng)域留下的“風(fēng)流韻事”。想想過(guò)去這年常常在美國國家科學(xué)院期刊PNAS上看到有趣的細菌事跡，我決定重新認真檢查今年出現在上頭的研究。在讀了符合初選條件的998篇論文標題后，選出了自己覺(jué)得最好玩的10篇故事，推薦給各位朋友們。過(guò)去這一年里我經(jīng)常是對著(zhù)這類(lèi)研究報告進(jìn)入夢(mèng)鄉，新的一年睡不著(zhù)的時(shí)候或許它們還可以派上用場(chǎng)。
大睡袋優(yōu)雅滑行
過(guò)年一定要睡到飽，最好是拿個(gè)大睡袋把自己從頭到腳封起來(lái)，誰(shuí)都不可以來(lái)吵。說(shuō)到這，你有沒(méi)有玩過(guò)把自己封在睡袋里，然后再試著(zhù)往前進(jìn)？你一定得伸出手往外擠，從外面看就是睡袋腫了個(gè)包，不過(guò)光靠這突起來(lái)的包，睡袋怪獸還是可以往前慢慢移動(dòng)的。
現在要講的這篇研究解開(kāi)了困惑學(xué)界數十年的大謎團。Myxobacteria這類(lèi)細菌會(huì )移動(dòng)，可怎么移動(dòng)的一直沒(méi)人能解答。細菌的運動(dòng)要靠鞭毛，可是這些細菌根本沒(méi)有這構造。如果把它們放到光學(xué)顯微鏡底下觀(guān)察，會(huì )看見(jiàn)這細菌輕輕滑過(guò)玻片表面，好像啥也不用做就能保持前進(jìn)，優(yōu)雅得很，也因此得到了“滑走細菌(gliding bacteria)”的稱(chēng)號。
這篇研究里發(fā)現這群細菌的細胞里有很多個(gè)AglR蛋白。這些蛋白在細胞膜底下沿著(zhù)軌道運行，從細胞外面看像是小突起劃著(zhù)螺紋軌跡移動(dòng)，幫助這只細菌在固體表面前進(jìn)，就像睡袋里的你可以持續緩慢優(yōu)雅地向床尾前進(jìn)一樣。不過(guò)如果你要做這個(gè)實(shí)驗，請注意摔下床時(shí)不要以頭著(zhù)地。
長(cháng)尾巴的好處
很多細菌隨著(zhù)水四處遷徙，直到找到不錯的地方待下來(lái)，開(kāi)始定居生活。住下來(lái)的細菌為了保護自己，會(huì )用大量多醣類(lèi)在細胞外堆出驚人的城堡，叫做生物膜(biofilm)。我們經(jīng)常發(fā)現浴室物品表面滑滑的，就是借住在你家浴室的細菌的生物膜公寓。浴缸上的生物膜拿塊菜瓜布就解決了，可如果這生物膜出現在海底管線(xiàn)或醫療管線(xiàn)中，那就是大問(wèn)題了。所以很多人都在想辦法阻止細菌黏上這些設備。要阻止細菌附著(zhù)，用抗生素是個(gè)方法，但不是每個(gè)狀況都能用，而且效果通常沒(méi)那么好。
這篇研究里作者發(fā)現有花紋的平面，受測的大腸桿菌比較不容易附著(zhù)。不過(guò)，只在測試的兩小時(shí)內效果顯著(zhù)，一旦時(shí)間拉長(cháng)，在花紋面上的細菌附著(zhù)的比在光滑面上附著(zhù)的還要多。這很像龜兔賽跑里強弱互換的情節。原來(lái)一開(kāi)始有花紋的平面在紋路溝槽里會(huì )抓住小氣泡，與水相斥，所以細菌比較容易黏在光滑面上。接著(zhù)細菌分泌某些物質(zhì)增加親水性，讓自己可以貼在這些平面上。這時(shí)兩種平面就該打成平手，一樣好黏。隨后，神奇的事發(fā)生了，研究人員發(fā)現受測的細菌會(huì )把鞭毛卡進(jìn)溝槽里增加附著(zhù)的面積，這樣就抓得更牢了。原本以為花紋面可以阻擋細菌附著(zhù)的，沒(méi)想到反而有反效果耶。這次這場(chǎng)比賽是人輸了，我們期待下一回合吧！
噬菌體：免疫系統最前線(xiàn)？
想要對付敵手的進(jìn)攻，把它怕的東西抓來(lái)守大門(mén)就對了。這篇研究講的就是這一個(gè)道理，可是它卻發(fā)生在一個(gè)我完全沒(méi)想到情境上。這實(shí)在是個(gè)太大膽的推論，忍不住要跟大家分享。
故事起因于一群海洋病毒學(xué)家發(fā)現的一個(gè)現象：在海洋動(dòng)物的黏液里，有大量的噬菌體的基因。進(jìn)一步比對發(fā)現從?？嗝?lèi)到魚(yú)類(lèi)人類(lèi)都有這個(gè)現象。他們回實(shí)驗室用能分泌黏液的人類(lèi)細胞株進(jìn)行測試，發(fā)現這些細胞果然可以留住比較多的T4噬菌體。
為什么呢？動(dòng)物的黏液被認為只要用來(lái)對付外界微生物的屏障，為什么和獵殺細菌的噬菌體有關(guān)？難道這樣可以用來(lái)對抗細菌的進(jìn)攻嗎？他們在這些能分泌黏液的細胞上先加T4噬菌體附著(zhù)在黏液里，再加入大腸桿菌，結果發(fā)現因為噬菌體的關(guān)系，成功留在動(dòng)物細胞上的細菌數量顯著(zhù)變少。
這群研究人員證實(shí)了噬菌體可以利用外鞘蛋白里hoc基因產(chǎn)物里的類(lèi)抗體區段(Ig-like domain)來(lái)和人類(lèi)黏液蛋白(mucin)結合。接著(zhù)他們遍尋前人的基因數據庫，發(fā)現類(lèi)抗體區段的基因真的在各種黏液樣本里出現的機率比較高。這下假設清楚了：動(dòng)物黏液里有大量黏液蛋白，而噬菌體的外鞘上有類(lèi)抗體區段可以和黏液蛋白結合而被拉住。噬菌體長(cháng)得像登月小艇，外鞘蛋白里包著(zhù)DNA，用尾部感染細菌。黏液拉住了噬菌體的頭，把尾部朝向外面的敵人。如果有細菌膽敢進(jìn)攻，一定會(huì )先接觸到噬菌體的尾部而被攻擊。雖然這個(gè)假設還有一些不確定的地方(請看這篇解析)，不過(guò)看起來(lái)是個(gè)相當可行的假設。我們動(dòng)物是不是利用黏液來(lái)收編噬菌體，當做免疫系統的傭兵呢？
靜靜聽(tīng)，偷偷用
沙門(mén)氏桿菌在人類(lèi)造成傷寒或腸胃炎，經(jīng)由受到糞便污染的食物進(jìn)入人體，是典型的病從口入型小惡魔。最近幾年這群細菌的神奇本領(lǐng)一項一項被發(fā)現，這篇研究談的就是其中的一種。
過(guò)去研究里知道大腸桿菌會(huì )制造吲哚(indole)，而且對大腸桿菌來(lái)說(shuō), 吲哚是個(gè)警告訊息, 細菌在偵測到附近有吲哚時(shí)會(huì )提高警戒, 其中一項改變是制造并啟動(dòng)外送幫浦蛋白來(lái)對付抗生素。在細菌族群里如果有一只細菌發(fā)現附近有抗生素出現, 便會(huì )快速釋出吲哚，警告其它同伴們趕快應變，就像群居的土撥鼠會(huì )用叫聲告訴同伴敵人來(lái)了快躲起來(lái)一樣(有興趣的人可以試試這個(gè)連結)。
不過(guò)沙門(mén)氏桿菌沒(méi)有制造吲哚的能力，演不出一場(chǎng)感人的舍己救人的好戲。它的手段更高明：偷聽(tīng)人家的就好了。當有抗生素出現在動(dòng)物腸道里的時(shí)候，在地居民大腸桿菌會(huì )發(fā)揮守望相助的精神警告同伴，大家趕快啟動(dòng)保命機制。而沙門(mén)氏桿菌是外地來(lái)的壞人，學(xué)會(huì )了大腸桿菌的化學(xué)語(yǔ)言，只要聽(tīng)到大腸桿菌在警戒了，自己也趕快武裝起來(lái)。腸道里是一定會(huì )有大腸桿菌的，所以沙門(mén)氏桿菌可以放心地把命交在這些在地居民的身上。
是不是朋友？讓我多聞一下
你一定有過(guò)類(lèi)似的經(jīng)驗，人有味道，有些人的氣味就是會(huì )讓你特別坐立難安(想要撲上去)，有些氣味就讓你覺(jué)得不喜歡想逃避。
接下來(lái)介紹的這篇就是有關(guān)氣味的研究。這是個(gè)后續研究。這群學(xué)者在 2012 年發(fā)表了第一集(過(guò)去談過(guò)這篇啦，我要買(mǎi)一瓶魅力倍增菌！)，現在收集了更多證據回來(lái)發(fā)表了第二集。這群作者在 2012 年時(shí)證實(shí)一個(gè)學(xué)界猜想很久但苦無(wú)直接證據的假說(shuō)。哺乳類(lèi)動(dòng)物可以利用氣味來(lái)辨識族群，但是同一個(gè)物種的動(dòng)物，如何能制造出這種隨族群，甚至隨個(gè)體而改變的獨特氣味？答案是，靠身上的細菌，把皮膚分泌的油脂發(fā)酵代謝成短鏈脂肪酸。每個(gè)人、每只動(dòng)物皮膚上帶的細菌組成不一樣，而這個(gè)差異可能就決定了短鏈脂肪酸的組成。這些短鏈脂肪酸是會(huì )揮發(fā)的，于是變成了動(dòng)物可以用嗅覺(jué)辨別的氣味。同一族群的個(gè)體生活在一起，彼此間接觸機會(huì )多，身上帶的細菌組成比較像，就會(huì )帶有比較熟悉的氣味。
他們在 2012 年證實(shí)四群在肯尼亞的斑點(diǎn)鬣狗(spotted hyena)在氣味腺各自有自己族群獨特的細組成。這次他們帶來(lái)更清楚的證據來(lái)支持這個(gè)“發(fā)酵氣味假說(shuō)”。這次研究包括一群 斑點(diǎn)鬣狗和兩群條紋鬣狗(striped hyena)。結果發(fā)現三群鬣狗在氣味腺的細菌組成不相同，斑點(diǎn)鬣狗和條紋鬣狗差異很大。他們同時(shí)也看短鏈脂肪酸的組成差異，發(fā)現趨勢跟菌相組成相近。在同一族群里的個(gè)體也會(huì )因為性別、年紀及生殖周期而有菌相及短鏈脂肪酸組成上的明顯差異。這個(gè)研究進(jìn)一步證明了哺乳類(lèi)的確有利用細菌創(chuàng )造各門(mén)派獨特氣味的能力?！坝讯嗦劇币行露x了，下次認識新朋友時(shí)，記得要多聞一下。
文章轉載自PanSci，部分文字有改動(dòng)。
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參考文獻
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