圖1：研究人員正利用顯微鏡觀察細(xì)菌樣本

細(xì)菌并不只是在饑餓階段才偶然死亡，周圍的細(xì)胞對(duì)其生死也有發(fā)言權(quán)。

德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)的研究小組發(fā)現(xiàn)，決定細(xì)胞生死有兩個(gè)最重要的因素：1)維持生命所需的能量;2)存活細(xì)胞從死亡細(xì)胞中回收生物質(zhì)的效率。

細(xì)胞的存活和生長(zhǎng)是生物系統(tǒng)的核心因素。因此，慕尼黑工業(yè)大學(xué)復(fù)雜生物系統(tǒng)物理學(xué)教授烏爾里希·格蘭德(Ulrich Gerland)等科學(xué)家，正試圖理解分子成分如何相互作用，以維持一組細(xì)胞在應(yīng)激狀態(tài)下的生存能力。

由格蘭德領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)在已經(jīng)成功地確定了細(xì)菌存活的兩個(gè)關(guān)鍵因素：細(xì)胞的基本能量消耗和存活細(xì)胞在每個(gè)相鄰的死亡細(xì)胞中所能獲得的能量數(shù)量，以此來(lái)衡量生物量的回收效率。

來(lái)自鄰近細(xì)胞尸體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

研究人員模擬了大腸桿菌細(xì)胞中缺乏糖和其他碳水化合物的緊急情況。在這種情況下，細(xì)菌既沒(méi)有糖分充當(dāng)能量，也沒(méi)有可用的含碳水化合物充當(dāng)食物。

當(dāng)首批細(xì)胞死亡時(shí)，存活的細(xì)胞試圖從周圍的細(xì)胞尸體中獲得營(yíng)養(yǎng)。某種酶的能量周轉(zhuǎn)率越高，死亡率就越高。周圍細(xì)胞從死亡細(xì)胞中回收的能量越多，存活率就越高。

圖2：烏爾里希·格蘭德教授與其合著者埃琳娜·比塞利在他們的實(shí)驗(yàn)室里

格蘭德說(shuō):“我們的發(fā)現(xiàn)使定量確定單個(gè)分子成分對(duì)細(xì)菌細(xì)胞存活的貢獻(xiàn)成為可能，這還是第一次。”

作為集體現(xiàn)象的生存能力衰退

總的來(lái)說(shuō)，存活細(xì)胞隨時(shí)間推移呈指數(shù)下降。原則上，這種發(fā)展可以用單個(gè)細(xì)胞的隨機(jī)死亡來(lái)解釋，就像放射性衰變也會(huì)呈現(xiàn)指數(shù)變化那樣。

但當(dāng)研究人員改變實(shí)驗(yàn)條件時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種相互關(guān)系更為復(fù)雜。菌落的衰退是一種集體現(xiàn)象。因此，周圍的細(xì)菌細(xì)胞共同決定了它們中間的細(xì)胞是死亡還是存活。

圖3：這張照片顯示了其中一種細(xì)菌培養(yǎng)物

細(xì)胞死亡率的變化可由大量影響細(xì)菌生存的遺傳或生態(tài)擾動(dòng)引起。因此，每種細(xì)菌和每種環(huán)境條件產(chǎn)生的平衡會(huì)截然不同。

為了了解這一動(dòng)態(tài)，研究人員對(duì)整個(gè)細(xì)菌存活系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。然后，他們利用這種關(guān)系來(lái)確定對(duì)細(xì)胞存活的分子貢獻(xiàn)。

根據(jù)細(xì)胞類型，可以確定細(xì)胞存活的重要分子因素，這有助于發(fā)現(xiàn)決定存活率的酶或其他蛋白質(zhì)。格蘭德稱：“我們的目標(biāo)是系統(tǒng)地、定量地了解細(xì)菌是如何在如此多的環(huán)境條件下生存的，這是對(duì)生存生理學(xué)的探索。”