本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
细菌像其他人一样喜欢性行为。当然，在它们的领域中，性行为是获取或捐赠任何数量的 DNA，而不是基因组争夺的全接触运动。
20 年前我上学的时候，人们认为细菌可以通过三种方式实现这一点：通过直接摄取环境中的裸露 DNA；通过病毒在细菌之间穿梭时意外转移细菌 DNA；以及通过结合，在这种结合中，细菌进行着大多数人会认为是夫妻探望的行为。它们通过称为菌毛（！）的长而细的隧道转移小环状 DNA。
当我想到第一种方法——直接摄取裸露 DNA，也称为转化——我有一种想法，认为在虚弱的时刻，细菌细胞壁不知何故裂开，DNA 偷偷溜进去或被吸进去。教学方式相当模糊。查阅我的旧微生物学教科书，我看到即使在那时，人们也知道存在某种蛋白质——被认为嵌入在细胞膜中——充当从街上捡到的 DNA 的看门人。
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我刚刚学到的是，感谢印第安纳大学的科学家上周在《自然微生物学》杂志上发表的一项研究，我应该想象的更像是本视频右侧的帧，其中自由漂浮的 DNA 被标记为红色
细菌利用鱼叉状的感受态菌毛从环境中夺取裸露 DNA，然后将其拖回细胞内，就像聚会者用牙签叉鸡尾酒香肠一样。这种类比并不像您想象的那么牵强，因为漂浮在环境中的 DNA 既可以是食物，也可以是性伴侣（尽管要理解这一点很奇怪）。
科学家选择用于这项研究的生物是霍乱弧菌Vibrio cholerae——在过去两个世纪中，它给数千万人类带来了死亡——但也是一种喜欢将事物混合在一起的细菌，如果您明白我的意思。科学家们很好奇这到底是如何发生的。
我们为什么要关心细菌如何发生性行为？抛开偷窥癖不谈，细菌的性行为是生物体传播抗生素耐药基因、改变伪装以及在宿主战争中获得新策略的方式。了解它们“如何做”可能有助于将未来的死亡传播降至最低。
特别是，科学家们对菌毛的作用感兴趣。菌毛是由称为菌毛蛋白的蛋白质构建的管状结构。菌毛可能多次进化用于多种用途。除了在结合中的“交配”功能外，一些菌毛还通过棘轮式运动在表面上移动细菌。
在过去十年左右的时间里，科学家们已经意识到感受态菌毛是细菌转化的媒介——也许是主要的媒介。一种情况是，菌毛抓住 DNA，并在菌毛收缩时将其拉入细菌内部。
另一种假设是，菌毛打开一个称为分泌素的细胞膜孔蛋白，允许 DNA 向内扩散，更像是我在学校想象的情景。
科学家们说，这两者之间的主要区别在于菌毛是否可以结合 DNA。此过程的静止图像显示 DNA 悬挂在菌毛的尖端，但很难知道这是否是巧合。作者认为，视频片段会更具说服力。
因此，他们决定尝试一些显而易见但以前没有人尝试过的事情，因为没有人知道如何做到。他们想出了一种方法，用荧光分子标记活体霍乱细胞的菌毛和环境 DNA。然后他们关掉房间的灯，打开黑光灯，观察发生了什么。结果就是您已经看过的视频。
他们认为这是如何实现的？
在两个嵌入在内细胞膜中的 ATP 驱动的马达 PilB 和 PilT 的帮助下，细菌可以伸出和缩回菌毛。这些酶像弹出珠子一样，在基部将菌毛蛋白卡在一起或拉开。
霍乱弧菌中的菌毛构建或破坏发生得很快。在有利条件下生长的细胞中，大约一半在约一分钟内至少产生一根一微米长的菌毛。正如您在视频中看到的，它们也可以变得更长！（其他细菌可能使用短得多的菌毛。长菌毛似乎对于从 生物膜 上而不是从环境中自由漂浮的物质中夺取 DNA 很有用）。
作者提出的菌毛介导的 DNA 摄取模型。 OM = 外膜，IM = 内膜，PG = 肽聚糖，ComEA = 棘轮蛋白，PilQ = 分泌素孔。紫色椭圆形是菌毛蛋白亚基。 来源：Ellison 等人，2018 年
该团队使用多种方法，包括显示菌毛将标记的 DNA 拉向细胞的荧光显微镜视频，证明感受态菌毛在其尖端与双链 DNA 结合。然后，通过 PilT 在其基部去除菌毛蛋白亚基来收缩菌毛。当他们物理阻止菌毛收缩时，DNA 摄取量下降了 100 倍，即使 DNA 仍然与菌毛结合。
当 DNA 到达细胞膜时，它面临着一个看似两难的境地：它必须穿过的孔，称为 PilQ，比折叠 DNA 链的宽度小得多。没问题。作者说，看起来，ATP 驱动的 PilT 通过猛拉 DNA 穿过狭窄的孔径来穿针引线。然后，漂浮在内膜和外膜之间空间中的称为 ComEA 的棘轮蛋白抓住 DNA，并像海上船舶上的抢救人员一样，用力地将奖品一路拖过舷窗。
参考文献
Ellison, Courtney K.、Triana N. Dalia、Alfredo Vidal Ceballos、Joseph Che-Yen Wang、Nicolas Biais、Yves V. Brun 和 Ankur B. Dalia。“DNA 结合 IV 型感受态菌毛的收缩启动霍乱弧菌自然转化过程中的 DNA 摄取。” 自然微生物学 (2018): 1.