개요
눈을 감고 박테리아를 상상해보십시오. 아마도 당신은 우리의 장을 상상하고 있습니다 대장균, 또는 포도상 구균의 반짝이는 황금 공, 또는 라임 병 스피로헤타의 코르크 마개를 짜는 작은 고리. 종과 모양에 관계없이 마음의 눈이 하나의 세포 또는 여러 개의 독립 세포를 만들어 낼 가능성이 있습니다.
이 이미지의 문제는 미생물학자가 말합니다. 줄리아 슈워츠만, 그것은 대부분의 박테리아가 어떻게 살 가능성이 있는지 반영하지 않는다는 것입니다. 종종 박테리아는 끈적한 분자를 사용하여 표면에 고정되어 크고 안정적인 집단 바이오필름이라고 합니다. 치아의 플라크는 생물막입니다. 카테터의 감염, 연못 찌꺼기의 끈적끈적한 녹색, 욕조 배수구를 막고 있는 쓰레기도 마찬가지입니다.
그러나 Schwartzman의 최근 연구는 그녀가 연구실에서 박사후 연구원으로 수행했습니다. 오토 코데로 Massachusetts Institute of Technology의 연구진은 거대한 대기업을 형성하기 위한 고정점이 없는 대양에 떠다니는 박테리아조차도 다세포 형태로 존재한다는 것을 보여줍니다.
그녀는 “우리는 이 구조가 정말 믿을 수 없을 정도로 놀라운 것을 보았다”고 말했습니다.
Schwartzman, Cordero와 그들의 동료들이 그들의 연구에서 보여준 것처럼 최근 논문 현재 생물학, 이러한 다세포 형태는 박테리아가 일반적으로 단세포 유기체에서 볼 수 있는 것보다 훨씬 더 복잡한 생활 주기를 개발했기 때문에 발생했습니다.
저녁 식사를위한 회사
Schwartzman은 해양 박테리아의 다세포성에 대한 이러한 발견을 하는 동시에 더 근본적인 것, 즉 그들이 먹는 방식에 대해 배우려고 노력했습니다.
대양에서 해양 미생물의 유일한 에너지원은 종종 알지네이트라고 하는 젤라틴성 탄수화물입니다. 세포막을 쉽게 통과할 수 있는 포도당, 과당 및 기타 단순당과 달리, 알기네이트는 종종 박테리아가 먹고 있는 것보다 더 큰 길고 꼬인 가닥으로 구성됩니다. Schwartzman은 알긴산을 분해하기 위해 분비하는 소화 효소가 바다에서 쉽게 희석되고 휩쓸려 버릴 수 있기 때문에 박테리아가 어떻게 효율적으로 번식하는지 더 알고 싶었습니다.
이것이 그녀와 Cordero 연구실의 또 다른 박사후 연구원인 Ali Ebrahimi가 발광성 해양 박테리아의 성장을 측정하기 시작한 이유입니다. 비브리오 스플렌디두스 알지네이트가 들어있는 따뜻한 국물 플라스크에. 많은 미생물학 실험에서 과학자들은 세포가 가능한 한 빨리 분열하도록 장려하기 위해 미생물에 다량의 영양소를 제공하지만 Schwartzman과 Ebrahimi의 플라스크는 비브리오 박테리아는 바다에서와 마찬가지로 상대적으로 작은 크기의 알긴산 중합체로 생존합니다.
그러나 Schwartzman이 데이터 수집을 시작했을 때 그녀는 자신이 초보적인 실수를 저질렀다고 생각했습니다. 박테리아가 번식하면 투명한 호박색 배양액이 탁한 스튜로 변합니다. 탁도를 측정함으로써 Schwartzman은 플라스크에 있는 미생물의 수를 추정하고 세포가 얼마나 빨리 분열하는지 추정하기 위해 성장 곡선을 구성할 수 있었습니다. 세균학자들은 수십 년 동안 이런 방식으로 성장률을 추정해 왔습니다. 박사후 연구원으로서 Schwartzman은 그녀가 몇 년 동안 이것을 몇 번이나 했는지 셀 수 없었습니다.
그녀의 성장 곡선 비브리오 그러나 문화권에서는 평소처럼 부드럽게 올라가는 선이 아니라 롤러코스터의 트랙처럼 울퉁불퉁한 구불구불한 곡선을 보여주었습니다. 그녀가 그 과정을 몇 번이나 반복해도 박테리아는 국물에서 예상했던 탁함을 생성하지 않았습니다.
미세한 스노우 글로브
무슨 일이 일어나고 있는지 확인하기 위해 Schwartzman은 유리 현미경 슬라이드에 배양 용액 한 방울을 떨어뜨리고 렌즈를 통해 40배 배율로 관찰했습니다. 그녀와 에브라히미가 본 것은 개인의 무리가 아니었다. 비브리오 그러나 수백 또는 수천 개의 박테리아가 함께 사는 아름다운 층을 이룬 구체.
Schwartzman은 "그냥 박테리아 덩어리가 아니었습니다. "그것은 구형이고 중간에 세포가 섞이는 것을 볼 수 있습니다."
추가 연구는 속이 빈 구체가 비브리오바다에서 먹는 복잡한 문제에 대한 의 솔루션입니다. 개별 박테리아는 그렇게 많은 효소만을 생산할 수 있습니다. 알지네이트 분해는 훨씬 더 빨리 진행됩니다. 비브리오 함께 클러스터링할 수 있습니다. Schwartzman은 어느 정도까지는 이기는 전략이라고 말합니다. 너무 많으면 비브리오, 박테리아의 수는 사용 가능한 알지네이트보다 많습니다.
박테리아는 더 복잡한 수명 주기를 개발하여 수수께끼를 해결했습니다. 박테리아는 XNUMX단계로 구분됩니다. 처음에는 개별 세포가 반복적으로 분열하고 딸 세포가 성장하는 덩어리로 모여듭니다. 두 번째 단계에서 덩어리진 세포는 속이 빈 구로 재배열됩니다. 가장 바깥쪽 세포는 서로 붙어서 미세한 눈덩이와 같은 것을 형성합니다. 내부의 세포는 갇힌 알지네이트를 소비하면서 더 움직이며 헤엄칩니다. 세 번째 단계에서는 부서지기 쉬운 외부 층이 파열되어 잘 공급된 내부 세포가 방출되어 주기가 다시 시작됩니다.
사실상, 비브리오 박테리아는 서로 다른 유전자를 사용하여 각 단계에서 행동을 제어하는 이질적인 세포 혼합물이 됩니다. 세포가 구조에서 이웃과 상호 작용할 때 나타나는 것은 "놀라운 양의 복잡성"이라고 XNUMX월에 서던 캘리포니아 대학에서 자신의 연구실을 시작하는 Schwartzman은 말했습니다. "박테리아는 환경에서 끊임없이 정보를 받아들이고 때로는 환경을 변화시키는 방식으로 반응합니다."
이러한 복잡성은 다음과 같은 이점을 제공합니다. 비브리오 여러 가지 방법으로. 다세포 단계를 포함하도록 수명 주기를 변경함으로써 박테리아는 알지네이트를 효율적으로 소화할 수 있습니다. 박테리아의 수는 증가하고 속이 빈 껍질은 효소를 농축하는 데 도움이 됩니다. 한편, 커뮤니티의 구조는 너무 많은 세포가 태어나는 것을 방지합니다. 껍질에 있는 세포는 번식할 기회를 잃어버리지만, 구의 모든 세포가 클론이기 때문에 그들의 DNA는 어쨌든 다음 세대에 살아 있습니다.
다세포성은 얼마나 흔한가?
작품은 '아름다운 종이'다. 조르디 반 게스텔, 그는 유럽 분자 생물학 연구소에서 미생물 발달의 진화를 연구하고 연구에 참여하지 않았습니다. Van Gestel은 결과가 예외는 아니지만 미생물 군집이 표준이라는 생각을 뒷받침한다고 말합니다.
그는 “이는 단순한 박테리아의 생활 주기의 복잡성을 아름답게 보여줍니다.”라고 말했습니다.
아나히트 페네시안호주 맥쿼리 대학의 미생물학자인 Schwartzman과 Cordero의 연구는 박테리아에 대한 선입견에 대한 유용한 도전을 제공한다고 말합니다. 그녀는 “미생물이 단 하나의 세포라는 사실이 우리의 이해에 새겨져 있습니다.”라고 말했습니다. 결과적으로 연구자들은 종종 미생물의 삶을 지배할 수 있는 복잡한 행동을 찾지 않습니다. "식물의 씨앗이나 포자를 보고 전체 식물이 어떤 것인지 추론하는 것과 같습니다."
새로운 비브리오 이 발견은 적어도 삶의 일부 동안 다세포가 될 수 있는 미생물의 목록에 추가됩니다. 작년에 Georgia Institute of Technology의 연구원들은 실험실에서 단세포 효모가 진화했다고 보고했습니다. 거대한 다세포 형태 단 XNUMX년 만에. 그리고 XNUMX월에 일본의 연구원들은 그들의 발견을 발표했다 동굴 벽에서 다세포 구조로 자라는 박테리아; 암석이 지하 흐름에 잠기면 구조물이 씨앗과 같은 특수 세포를 방출하여 다른 위치를 식민지화합니다.
Schwartzman과 van Gestel은 다세포성 능력이 생명체의 역사 초기에 진화했으며 박테리아의 고대 사촌인 고세균과 공유된다고 믿고 있습니다. 이 또한 단세포성으로 보입니다. 그들은 연구자들이 비슷한 특성을 가진 다른 종을 찾는 것은 시간 문제라고 생각합니다. 그리고 Schwartzman은 이미 찾기 시작했습니다.
제임스 샤피로, 시카고 대학의 은퇴한 미생물학자는 그녀가 그것을 찾을 것이라고 거의 의심하지 않습니다.
1980년대부터 Shapiro와 다음과 같은 다른 미생물학 저명인사들은 보니 배 슬러 Princeton University의 연구진은 잘 연구된 박테리아의 단세포 생활 방식이 종종 박테리아가 자라는 인공 플라스크 환경의 인공물임을 보여주었습니다. ~ 안에 1998 기사 FBI 증오 범죄 보고서 미생물학의 연례 검토, Shapiro는 박테리아가 단세포 외톨이가 아니라고 주장했습니다. "기본적으로 모든 박테리아는 다세포 유기체라는 결론에 도달했습니다."라고 그는 말했습니다.
그의 XNUMX년 경력 동안 Shapiro는 그의 가설이 거의 이단에서 논쟁의 여지가 없는 것으로 바뀌는 것을 보았습니다. “처음에는 어리둥절한 관심을 받았지만 이제는 상식이 되었습니다.”라고 그는 말했습니다. "다세포성은 박테리아의 고유한 속성입니다."
편집자 주: Cordero는 미생물 생태계의 원리에 관한 Simons Collaboration의 공동 이사입니다. Schwartzman, Cordero 및 동료들의 연구는 이 독립적인 편집 잡지를 후원하는 Simons Foundation의 협력을 통해 지원되었습니다.
