旋轉和迴旋:球形細菌的運動

對細菌運動的研究往往集中在桿狀細菌上。藉助小的波動鞭毛,每個細菌細胞都可以朝其希望的方向推動自身。

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細菌運動的研究往往集中在桿狀細菌上。藉助小的波動鞭毛,每個細菌細胞都可以朝其希望的方向推動自身。它們也可以成群移動,形成大型的群落,在培養皿上產生波紋並滑行。由於其非流線型的形狀,球形細胞一直被認為是相對固定的,但是最近對粘質沙雷氏菌的研究表明,即使細胞是球形的,它也能夠運動。

粘質沙雷氏菌通常是在生長和發育過程中呈桿狀的革蘭氏陰性細菌。如果在過夜培養中生長,細胞會變得非常擁擠並略微收縮形成球體(在靜止期)。當放置在單滴培養液中時,這些球形細胞被觀察到向上遊動,到達液滴頂部並遠離主要的大量細菌細胞。在液滴表面,細胞形成單層,並以動態的漩渦和射流方式移動,如下面的影片所示。


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這種運動是恆定的,不依賴於液滴的大小或形狀。作為對照,一些液滴被倒掛,觀察到相同的游泳行為。透過使用它們的鞭毛,細菌在液滴周圍遊動,形成小小的漩渦,因為它們都在移動。

影響細菌運動的因素之一是細菌分泌的表面活性劑的量。該研究比較了三種不同細菌菌株的運動:一種不產生表面活性劑,一種產生大量表面活性劑,以及一種產生表面活性劑但無法移動的細菌。他們發現前兩種菌株以相同的方式移動,而非運動細胞則只表現出一種模糊的漂移傾向。將非運動細胞引入運動細胞群體中也沒有鼓勵它們移動,而其他細胞繼續游到表面,非運動細胞則停留在原地。

由於粘質沙雷氏菌也是一種桿狀細菌,研究人員能夠比較同一物種中球形細胞和桿狀細胞的運動。對兩者的運動進行建模後,他們發現運動型別存在一些差異,並且桿狀細胞移動速度略快(參考文獻中有更復雜的數學分析!)。由於細胞在細菌的早期生長階段呈桿狀,因此在細菌定居形成菌落後,能夠更快地四處移動可能更重要,而以後的球形形狀則發生在細菌定居後。

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參考文獻 1:Rabani A, Ariel G, Be'er A (2013) Collective Motion of Spherical Bacteria. PLoS ONE 8(12): e83760. doi:10.1371/journal.pone.0083760

特色圖片圖片來源:瓊脂平板上的粘質沙雷氏菌。

About S.E. Gould

A biochemist with a love of microbiology, the Lab Rat enjoys exploring, reading about and writing about bacteria. Having finally managed to tear herself away from university, she now works for a small company in Cambridge where she turns data into manageable words and awesome graphs.

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