細菌會搭“順風車”快速移動

在微觀世界里，微生物會爭奪地盤、向敵人噴射化學物質，有時還會利用微觀地形來獲得優勢。

一項研究發現，細菌可以利用鄰近酵母細胞形成的液體小囊加速移動。這些微觀的水分痕跡使細菌能夠游得更遠、傳播得更快，揭示了一種微生物在土壤、植物和人體內移動的新方式。相關研究6月4日發表于《生物物理學期刊》。

“在研究微生物相互作用時，研究通常側重于相互作用的化學性質。”論文第一作者、美國康奈爾大學的Divakar Badal說，“但我們了解到，物理特性在微生物的生長和傳播中也起著重要作用。”

研究人員觀察了兩種細菌——在土壤和人類氣道中茁壯成長、帶有類似尾巴一樣的螺旋推進器的銅綠假單胞菌和一種固定不動的新型隱球酵母菌。在顯微鏡下，他們觀察到這兩種微生物相互靠近，隨后細菌蜂擁進入酵母菌周圍類似水泡的液體中。與酵母菌共同培養的細菌傳播速度比單獨培養時快14.5倍，且原本孤立的細菌菌落迅速連成連續的團塊。

在微觀尺度下，銅綠假單胞菌相較于新型隱球酵母菌就像一粒米之于一顆葡萄。這些較大的酵母菌體會從表面吸收水分，形成一層薄薄的液體環，充當臨時“泳道”，使細菌得以繞過干燥表面的常規限制。用死酵母菌甚至玻璃珠代替活酵母菌，也能產生相同效果，表明這種行為是由液體小囊驅動的。

“無論是酵母菌還是玻璃珠，障礙物越大，其周圍的液體就越多，越有利于銅綠假單胞菌移動。”共同通訊作者、鄧迪大學的Varsha Singh說，“所以，它是利用原本可能是障礙物的東西來向前移動得更遠。”

研究人員還發現，細菌的傳播隨著生長中的酵母細胞所創造的景觀而起伏不定。為了更好地理解這些動態變化，他們構建了一個模型來模擬這兩個物種之間的相互作用。模型顯示，像白色念珠菌這樣生長速度更快的酵母菌物種能更劇烈地改變液體景觀，從而影響細菌的行進速度。

“模型預測與實驗結果吻合得如此之好，我對此感到十分震驚。”共同通訊作者、印度理工學院的Danny Raj M說，“從某種意義上說，這個模型就像一個虛擬實驗室，能夠模擬真實的行為。通過改變參數，從生長速率到濕度，我們可以回答許多問題。”

研究團隊表示，這項工作的意義不僅限于模型和實驗室。在自然界中，細菌和酵母菌共同存在于土壤、水體、植物以及人體內，借助液體薄膜移動的能力可能有助于細菌在水分匱乏時更有效地在這類環境中定植。接下來，團隊計劃研究這些物種在現實世界中的相互作用。

Singh說：“我們傾向于用擬人化的方式思考微生物學，關注人類的肺部或腸道，因為我們能夠與之產生共鳴。但大部分微生物活動其實發生在土壤和其他環境中。這為我們探索新問題提供了絕佳的機會。我認為這才是未來的研究前沿。”

相關論文信息：

http://doi.org/10.1016/j.bpj.2025.04.022