iScience首次揭開(kāi)了微生物黏液的秘密
摘要：根據(jù)馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校與伍斯特理工學(xué)院合作的一項(xiàng)最新研究，一些微生物的ECM只有在草酸或其他單酸存在時(shí)才會(huì)形成凝膠。
真菌和細(xì)菌的黏稠外層被稱(chēng)為“細(xì)胞外基質(zhì)”(ECM)，具有果凍般的稠度，起到保護(hù)層和包膜層的作用。但是，根據(jù)馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校與伍斯特理工學(xué)院合作發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)最新研究，一些微生物的ECM只有在草酸或其他單酸存在時(shí)才會(huì)形成凝膠。由于ECM在從抗生素耐藥性到管道堵塞和醫(yī)療器械污染的各種問(wèn)題上都發(fā)揮著重要作用，因此了解微生物如何操縱其粘稠的凝膠層對(duì)我們的日常生活具有廣泛的意義。
圖1 一些微生物的ECM只有在草酸或其他單酸存在時(shí)才會(huì)形成凝膠
“我一直對(duì)微生物的ECM很感興趣，”馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的微生物學(xué)教授、該論文的資深作者巴里·古德?tīng)栒f(shuō)。“人們通常將ECM理解為屏蔽微生物的惰性保護(hù)外層。但它也可以作為一個(gè)管道，讓營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和酶進(jìn)出微生物細(xì)胞。”
包膜層有許多功能:它的粘性意味著單個(gè)微生物可以聚集在一起形成一個(gè)菌落，或“生物膜”，當(dāng)足夠多的微生物這樣做時(shí)，它可以堵塞管道或污染醫(yī)療設(shè)備。
但是包膜層也需要具有滲透性:許多微生物會(huì)通過(guò)ECM向外分泌各種酶和其他代謝物，進(jìn)入它們想要吃或感染的物質(zhì)——比如腐爛的木頭或脊椎動(dòng)物組織——然后，一旦酶完成了它們的消化工作，就會(huì)通過(guò)ECM吸收有營(yíng)養(yǎng)的化合物。
這意味著ECM根本不是簡(jiǎn)單的惰性保護(hù)層;事實(shí)上，正如古德?tīng)柡退耐滤砻鞯模⑸锼坪跤心芰刂扑鼈兊腅CM的粘性，從而控制它們的滲透性。他們是怎么做到的?
真菌的秘密似乎是草酸，這是一種在許多植物中天然存在的常見(jiàn)有機(jī)酸，而且，正如古德?tīng)柡退耐掳l(fā)現(xiàn)的那樣，許多微生物似乎利用它們分泌的草酸與碳水化合物外層結(jié)合，形成粘稠的凝膠狀ECM。
但當(dāng)研究小組仔細(xì)觀察時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)草酸不僅有助于產(chǎn)生ECM，還能“調(diào)節(jié)”它:微生物向碳水化合物-酸混合物中添加的草酸越多，ECM就越粘稠。ECM變得越粘稠，它就越能阻止大分子進(jìn)入或離開(kāi)微生物，而小分子仍然可以自由地從環(huán)境進(jìn)入微生物，反之亦然。
圖2 木質(zhì)纖維素基質(zhì)的管腔
這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的科學(xué)理解，即真菌和細(xì)菌分泌的不同類(lèi)型的化合物實(shí)際上是如何從這些微生物傳遞到它們的環(huán)境中的。古德?tīng)柤捌渫峦茰y(cè)，在某些情況下，微生物可能需要更多地依靠非常小的分子的分泌來(lái)攻擊微生物賴(lài)以生存或感染的底物或組織。這意味著，如果較大的酶不能通過(guò)微生物細(xì)胞外基質(zhì)，那么小分子的分泌也可能在發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮更大的作用。
“似乎有一個(gè)最佳點(diǎn)，微生物可以控制自己的酸性水平，以適應(yīng)特定的環(huán)境，通過(guò)阻止一些大分子，如酶，而讓小分子容易通過(guò)ECM。”使用草酸調(diào)節(jié)ECM可能是微生物保護(hù)自己免受抗菌劑和抗生素藥物侵害的一種方法，因?yàn)樵S多這些藥物都是由非常大的分子制成的。正是這種可調(diào)節(jié)性可能是克服抗菌藥物治療中一個(gè)主要障礙的關(guān)鍵，因?yàn)椴倏vECM使其更具滲透性可能會(huì)提高抗生素和抗菌素的功效。
古德?tīng)栒f(shuō):“如果我們能夠控制一些微生物中像草酸這樣的小酸的生物合成和分泌，我們也應(yīng)該能夠控制什么可以進(jìn)入微生物，這可能使我們能夠更好地治療許多微生物疾病。
參考資料：
[1] Interaction of oxalate with β-glucan: Implications for the fungal extracellular matrix, and metabolite transport
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