在基因完全相同的細(xì)菌群體中，一些成員的行為可能大相徑庭。這一現(xiàn)象對(duì)于細(xì)菌的生存非常重要。細(xì)菌群體越多樣化，就越有可能出現(xiàn)占據(jù)生存優(yōu)勢(shì)的個(gè)體，這些個(gè)體可以幫助種群克服艱難的環(huán)境條件（如抗生素）。

華盛頓大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌細(xì)胞分裂成為兩個(gè)子細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞內(nèi)容物的分配并不平均，結(jié)果使兩個(gè)子細(xì)胞產(chǎn)生差異。

“這是細(xì)菌群體的一條多樣化途徑。雖然我們是在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)這一機(jī)制的，但它也可能適用于所有細(xì)胞，包括人類細(xì)胞，”文章的資深作者，華盛頓大學(xué)的Dr. Samuel Miller教授說。這項(xiàng)研究發(fā)表在eLife雜志上，第一作者是Bridget Kulasekara博士。

Miller及其同事曾于2010年在Science雜志上發(fā)表文章指出，當(dāng)細(xì)菌分裂時(shí)，一種重要的調(diào)控分子（c-di-GMP）并沒有平均分配給子細(xì)胞。c-di-GMP是一種第二信使，第二信使負(fù)責(zé)將細(xì)胞膜受體的信號(hào)，傳遞給細(xì)胞內(nèi)的靶點(diǎn)。這一機(jī)制能夠快速改變多種細(xì)胞功能，包括細(xì)胞代謝和遷移。

對(duì)于細(xì)菌來說，快速應(yīng)答外部刺激非常重要。為了生存，細(xì)菌要能迅速?zèng)_向營(yíng)養(yǎng)源，或者避開毒素。人們將微生物的這種定向運(yùn)動(dòng)稱為趨化作用。

“第二信使幾乎是立刻產(chǎn)生影響，”Miller說。“它們?cè)试S細(xì)菌在數(shù)秒內(nèi)改變行為。”

研究人員使用FRET顯微技術(shù)，檢測(cè)了細(xì)胞間的c-di-GMP水平差異。這一技術(shù)允許他們監(jiān)測(cè)，單個(gè)細(xì)菌中c-di-GMP濃度的微小改變。

不同的c-di-GMP濃度會(huì)對(duì)細(xì)胞行為產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。舉例來說，在綠膿桿菌中（Pseudomonas aeruginosa），c-di-GMP水平高的細(xì)胞傾向于靜止不動(dòng)，在表面附著并形成克隆。而c-di-GMP水平低的細(xì)胞，傾向于活躍游動(dòng)，借助細(xì)菌一端的螺旋槳結(jié)構(gòu)。

Miller及其同事在這項(xiàng)新研究中，解析了造成兩個(gè)子細(xì)胞c-di-GMP濃度差異的分子機(jī)制。研究顯示，當(dāng)綠膿桿菌分裂形成兩個(gè)子細(xì)胞時(shí)，盡管子細(xì)胞的基因完全相同，但只有一個(gè)子細(xì)胞能夠遺傳到母細(xì)胞的螺旋槳結(jié)構(gòu)。另一個(gè)子細(xì)胞需要自己合成螺旋槳結(jié)構(gòu)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，遺傳到螺旋槳結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞，也同時(shí)獲得了與該結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的酶，這種酶可降解c-di-GMP。此外，這個(gè)子細(xì)胞還遺傳到了，母細(xì)胞中與細(xì)菌定向運(yùn)動(dòng)有關(guān)的裝置。研究指出，子細(xì)胞遺傳到的物質(zhì)共同起作用，減少了c-di-GMP的濃度，并由此對(duì)細(xì)菌的活動(dòng)施加影響。

“我們發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂時(shí)的不均勻分配，能幫助細(xì)胞實(shí)現(xiàn)多樣化，從而提高種屬的生存幾率，” Miller說。

研究人員指出，這一發(fā)現(xiàn)有助于人們理解，為何細(xì)菌種群中總有一些細(xì)胞處于緩慢生長(zhǎng)的休眠狀態(tài)。由于抗生素主要靶標(biāo)快速生長(zhǎng)的細(xì)胞，這些休眠細(xì)胞更容易存活下來，發(fā)展出耐藥性。此外，這一研究還能幫助人們理解，一些細(xì)菌為何能夠附著在表面上形成克隆，例如導(dǎo)尿管、靜脈輸液管和心臟瓣膜中。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正在尋找能快速改變第二信使?jié)舛鹊男盘?hào)。他們希望能夠篩選化合物對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行干擾，并在此基礎(chǔ)上解決細(xì)菌的耐藥性，或者抑制細(xì)菌形成粘性克隆的能力。