本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
細菌像其他人一樣喜歡性行為。當然，在它們的領域中，性行為是獲取或捐贈任何數量的 DNA，而不是基因組爭奪的全接觸運動。
20 年前我上學的時候，人們認為細菌可以透過三種方式實現這一點：透過直接攝取環境中的裸露 DNA；透過病毒在細菌之間穿梭時意外轉移細菌 DNA；以及透過結合，在這種結合中，細菌進行著大多數人會認為是夫妻探望的行為。它們透過稱為菌毛（！）的長而細的隧道轉移小環狀 DNA。
當我想到第一種方法——直接攝取裸露 DNA，也稱為轉化——我有一種想法，認為在虛弱的時刻，細菌細胞壁不知何故裂開，DNA 偷偷溜進去或被吸進去。教學方式相當模糊。查閱我的舊微生物學教科書，我看到即使在那時，人們也知道存在某種蛋白質——被認為嵌入在細胞膜中——充當從街上撿到的 DNA 的看門人。
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我剛剛學到的是，感謝印第安納大學的科學家上週在《自然微生物學》雜誌上發表的一項研究，我應該想象的更像是本影片右側的幀，其中自由漂浮的 DNA 被標記為紅色
細菌利用魚叉狀的感受態菌毛從環境中奪取裸露 DNA，然後將其拖回細胞內，就像聚會者用牙籤叉雞尾酒香腸一樣。這種類比並不像您想象的那麼牽強，因為漂浮在環境中的 DNA 既可以是食物，也可以是性伴侶（儘管要理解這一點很奇怪）。
科學家選擇用於這項研究的生物是霍亂弧菌Vibrio cholerae——在過去兩個世紀中，它給數千萬人類帶來了死亡——但也是一種喜歡將事物混合在一起的細菌，如果您明白我的意思。科學家們很好奇這到底是如何發生的。
我們為什麼要關心細菌如何發生性行為？拋開偷窺癖不談，細菌的性行為是生物體傳播抗生素耐藥基因、改變偽裝以及在宿主戰爭中獲得新策略的方式。瞭解它們“如何做”可能有助於將未來的死亡傳播降至最低。
特別是，科學家們對菌毛的作用感興趣。菌毛是由稱為菌毛蛋白的蛋白質構建的管狀結構。菌毛可能多次進化用於多種用途。除了在結合中的“交配”功能外，一些菌毛還透過棘輪式運動在表面上移動細菌。
在過去十年左右的時間裡，科學家們已經意識到感受態菌毛是細菌轉化的媒介——也許是主要的媒介。一種情況是，菌毛抓住 DNA，並在菌毛收縮時將其拉入細菌內部。
另一種假設是，菌毛開啟一個稱為分泌素的細胞膜孔蛋白，允許 DNA 向內擴散，更像是我在學校想象的情景。
科學家們說，這兩者之間的主要區別在於菌毛是否可以結合 DNA。此過程的靜止影像顯示 DNA 懸掛在菌毛的尖端，但很難知道這是否是巧合。作者認為，影片片段會更具說服力。
因此，他們決定嘗試一些顯而易見但以前沒有人嘗試過的事情，因為沒有人知道如何做到。他們想出了一種方法，用熒光分子標記活體霍亂細胞的菌毛和環境 DNA。然後他們關掉房間的燈，開啟黑光燈，觀察發生了什麼。結果就是您已經看過的影片。
他們認為這是如何實現的？
在兩個嵌入在內細胞膜中的 ATP 驅動的馬達 PilB 和 PilT 的幫助下，細菌可以伸出和縮回菌毛。這些酶像彈出珠子一樣，在基部將菌毛蛋白卡在一起或拉開。
霍亂弧菌中的菌毛構建或破壞發生得很快。在有利條件下生長的細胞中，大約一半在約一分鐘內至少產生一根一微米長的菌毛。正如您在影片中看到的，它們也可以變得更長！（其他細菌可能使用短得多的菌毛。長菌毛似乎對於從 生物膜 上而不是從環境中自由漂浮的物質中奪取 DNA 很有用）。
作者提出的菌毛介導的 DNA 攝取模型。 OM = 外膜，IM = 內膜，PG = 肽聚糖，ComEA = 棘輪蛋白，PilQ = 分泌素孔。紫色橢圓形是菌毛蛋白亞基。 來源：Ellison 等人，2018 年
該團隊使用多種方法，包括顯示菌毛將標記的 DNA 拉向細胞的熒光顯微鏡影片，證明感受態菌毛在其尖端與雙鏈 DNA 結合。然後，透過 PilT 在其基部去除菌毛蛋白亞基來收縮菌毛。當他們物理阻止菌毛收縮時，DNA 攝取量下降了 100 倍，即使 DNA 仍然與菌毛結合。
當 DNA 到達細胞膜時，它面臨著一個看似兩難的境地：它必須穿過的孔，稱為 PilQ，比摺疊 DNA 鏈的寬度小得多。沒問題。作者說，看起來，ATP 驅動的 PilT 透過猛拉 DNA 穿過狹窄的孔徑來穿針引線。然後，漂浮在內膜和外膜之間空間中的稱為 ComEA 的棘輪蛋白抓住 DNA，並像海上船舶上的搶救人員一樣，用力地將獎品一路拖過舷窗。
參考文獻
Ellison, Courtney K.、Triana N. Dalia、Alfredo Vidal Ceballos、Joseph Che-Yen Wang、Nicolas Biais、Yves V. Brun 和 Ankur B. Dalia。“DNA 結合 IV 型感受態菌毛的收縮啟動霍亂弧菌自然轉化過程中的 DNA 攝取。” 自然微生物學 (2018): 1.