人類大腦被譽為進化的最高杰作，而細(xì)菌則是一些低等的個體，它們之間似乎有天壤之別。然而加州大學(xué)圣迭戈分校的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌相互通訊的機制與人類大腦非常相似。這項研究發(fā)表在十月二十一日的Nature雜志上。

“這一發(fā)現(xiàn)不僅改變了我們對細(xì)菌的看法，也改變了我們對大腦的認(rèn)識，”這項研究的領(lǐng)導(dǎo)者，加州大學(xué)圣迭戈分校的副教授Gürol Süel說。“人類的感覺、行為和智力都取決于大腦神經(jīng)元之間的電信號傳導(dǎo)，這一過程由離子通道介導(dǎo)?，F(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌也通過這樣的離子通道進行通訊，并由此解決自己的代謝壓力。由此可見，代謝壓力觸發(fā)的神經(jīng)疾病可能具有古老的細(xì)菌淵源，人們可以從一個新角度來看這類疾病的治療。”

“我們對大腦電信號傳導(dǎo)的理解，大多基于細(xì)菌離子通道的結(jié)構(gòu)研究，”Süel說。但細(xì)菌如何使用這些離子通道一直是一個謎。為此，Süel及其同事對生物膜中的遠(yuǎn)距離通訊進行了研究。生物膜由數(shù)百萬緊密聚集的細(xì)菌組成，對化合物和抗生素有很高的抗性。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)枯草芽孢桿菌組成的生物膜生長到一定大小的時候，保護性的邊緣細(xì)菌會周期性地停止生長，以便營養(yǎng)物質(zhì)（尤其是谷氨酸）流入生物膜的中心地帶。正因如此，中心地帶受到保護的細(xì)菌既可以生存下來，又能夠抵抗化合物和抗生素。值得注意的是，人類大腦活動有一半是谷氨酸驅(qū)動的。

研究人員認(rèn)為，生物膜中遠(yuǎn)距離細(xì)菌之間的代謝調(diào)節(jié)可能涉及了電化學(xué)通訊。于是他們在生物膜的代謝振蕩中監(jiān)測了細(xì)菌細(xì)胞膜電位的改變。研究顯示，膜電位的改變與生物膜的生長振蕩相符，而且膜電位改變是離子通道介導(dǎo)的。

進一步研究表明，生物膜的遠(yuǎn)距離電信號傳導(dǎo)是通過鉀離子實施的，鉀離子擴散波協(xié)調(diào)著內(nèi)部和外部細(xì)菌的代謝活性。去除細(xì)菌的鉀離子通道，生物膜的電信號傳導(dǎo)就無法進行。

“跟我們大腦中的神經(jīng)元一樣，細(xì)菌也通過離子通道介導(dǎo)的電信號彼此交流，”Süel解釋道。“生物膜里的細(xì)菌群體像一個‘細(xì)菌大腦’一樣運作。”

研究指出，這種細(xì)菌通訊機制與人類大腦的“皮層擴散性抑制”驚人的相似，而皮層擴散性抑制被認(rèn)為與偏頭疼和癲癇有關(guān)。“偏頭疼和這種細(xì)菌通訊都是由代謝壓力觸發(fā)的，”Süel說。“這說明許多癲癇和偏頭疼藥物也能有效攻擊細(xì)菌生物膜，幫助人們解決全球性健康難題——抗生素抗性。”