本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點。
在細菌學中，你最先學到的知識之一就是細菌有不同的形狀。誠然，形狀種類不算非常多，但主要形狀有球形、桿狀或螺旋形。球形細菌是有道理的，因為球體是一種相對簡單的生長形狀，細菌鏈或菌落使它們能夠擴散到周圍環境中。同樣，桿狀對於經常移動的細菌來說也是一個很好的形狀，使它們在擁擠的空間中擁有更強的推進力（而且當你足夠小，與大分子處於同一尺度時，每個空間都是擁擠的）。
但是，為什麼要螺旋形？細菌從類似螺旋錐的形狀中獲得了什麼好處？
因此，我非常興奮地看到《PLoS Pathogens》最近發表了兩篇文章，這兩篇文章都探討了這個問題。一篇關於空腸彎曲菌（引起細菌性腹瀉），另一篇關於幽門螺桿菌（引起胃潰瘍的細菌，我之前寫過關於它的文章）。在這兩種情況下，螺旋形都可以透過相當簡單的基因敲除來破壞，並且在這兩種細菌中，螺旋形的喪失都導致了毒力下降以及細菌在體內發揮功能的能力下降。
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那麼，首先從空腸彎曲菌開始，我對它情有獨鍾，因為我在研究噬菌體時曾使用過它。
那麼，首先，如何去除細菌的螺旋形。參考文獻 1 中的研究人員發現了一個基因，他們稱之為 pgp1（肽聚糖肽酶 1），當刪除該基因時，細菌會從整潔的小螺旋變成無聊的桿狀。顧名思義，pgp1 作用於肽聚糖，肽聚糖是細菌細胞壁的主要成分。當刪除後，產生的桿狀細菌在雛雞體內定植的能力下降了三倍（空腸彎曲菌也是引起雞疾病的主要原因），並且不擅長形成生物膜和一般移動。參考文獻中的圖 1 有一些螺旋細菌和可憐的桿狀突變體的精美圖片。
當涉及到生長、應激生存或在營養瓊脂上的一般生存時，正常的空腸彎曲菌和 pgp1 突變體之間沒有差異；螺旋形似乎只對毒力和體內生存的重要因素有影響。研究人員還製造了過表達 pgp1 的突變體，發現這也對細胞具有拉直作用（同樣，圖 3 中有可愛的細菌圖片）。當他們取出 pgp1 基因並將其放入正常的桿狀細菌（大腸桿菌）中時，形狀沒有變化。pgp1 產生的螺旋錐效應僅在基因位於空腸彎曲菌並以正確的水平表達時才存在，這很遺憾，因為螺旋形的大腸桿菌會很酷。
因此，空腸彎曲菌中的螺旋形似乎受一個主要基因（可能還有其他一些基因的幫助）控制，並且對致病性很重要。那麼幽門螺桿菌呢？
在幽門螺桿菌中，情況略有不同。先前對失去螺旋扭曲的細菌（儘管它們仍然保持略微彎曲的形狀，請記住這一點）的研究表明，在運動或遊動能力方面沒有差異。幽門螺桿菌生活在胃的粘液層中，人們認為螺旋形會使其更容易穿過這種粘稠物質。不太扭曲的細菌仍然表現出在定植方面的差異——扭曲的野生型細菌比更直的突變體更可能在胃粘膜上定植。
在參考文獻 2 中，他們發現了一個新基因 (csd4)，該基因與細菌的彎曲形狀有關，最初的非扭曲突變體仍然保持這種彎曲形狀。結果表明，如果你從非扭曲突變體中敲除這個基因，細菌就會失去所有彎曲或扭曲的痕跡，並且在模擬胃粘膜的粘稠溶液中移動會困難得多。因此，與空腸彎曲菌不同，幽門螺桿菌具有兩種導致螺旋形的遺傳機制。一種基因透過交聯細胞壁片段引起螺旋扭曲，另一種基因（參考文獻 2 中確定的 csd4）獨立誘導細胞彎曲。這兩種機制似乎也是完全獨立的，並且都促成了細胞扭曲度的增加。
因此，雖然空腸彎曲菌只有一個基因專門負責螺旋形和增加毒力，但幽門螺桿菌有兩個。這可能有環境原因（空腸彎曲菌可以在更廣泛的宿主中生存），但由於它們是相當不相關的細菌，可能只是因為螺旋形在幽門螺桿菌中存在的時間更長，幽門螺桿菌已經獲得了不止一種產生螺旋形的機制（如果有人知道更多原因，請給我發電子郵件告訴我！）。 顯而易見的是，細菌具有非常充分的理由來呈現它們現在的形狀，並且這些形狀不僅僅限於球形團塊。
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圖片來源連結，圖片 1（細菌形狀）
圖片來源連結，圖片 2（彎曲桿菌）
圖片來源連結，圖片 3（幽門螺桿菌）
參考文獻 1：Frirdich E, Biboy J, Adams C, Lee J, Ellermeier J, Gielda LD, Dirita VJ, Girardin SE, Vollmer W, & Gaynor EC (2012)。肽聚糖修飾酶 Pgp1 是空腸彎曲菌螺旋細胞形狀和致病性狀所必需的。《PLoS pathogens》，8 (3) PMID：22457624
參考文獻 2：Sycuro LK, Wyckoff TJ, Biboy J, Born P, Pincus Z, Vollmer W, & Salama NR (2012)。多種肽聚糖修飾網路調節幽門螺桿菌的細胞形狀、運動性和定植潛力。《PLoS pathogens》，8 (3) PMID：22457625