支原体“幽灵”能死而复生

加入我们的科学爱好者社区!

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


运动支原体的“幽灵”——被细胞膜的残破碎片覆盖的剥离细胞骨架。来源:Nakane and Miyata 2007。点击图片查看链接。

作为期刊文章的标题,很难找到比“运动支原体的滑行幽灵”更优雅、更吸引人且——值得注意的是,如果你在这个行业待了很久——更简洁的标题了。

儒勒·凡尔纳短篇小说?蒸汽朋克西部片?不。这是2005年《细胞生物学》上一篇文章的标题。


关于支持科学新闻业

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。


但“滑行幽灵”的实质内容甚至比标题所暗示的还要精彩。那是因为运动支原体的细胞推进系统做了一些非凡的事情:通过添加 ATP,*M. mobile* 被掏空且已死亡的残骸可以站起来并像活着一样移动。

在下面这段令人震惊的视频中,活泼地滑行的、毫无戒心的活细胞突然暴露于去污剂 Triton X-100 中,这种去污剂会在它们的细胞膜上打孔,使细胞的可溶性内容物逸出,同时传递迅速且据推测是人道的死亡*。

随后浸入 DNA 酶中,这是一种酶,可以分解从垂死细胞中像内脏一样溢出的任何长而粘稠的 DNA 团块(在添加 DNA 酶后仔细观察——你实际上可以看到它们可怜的小内脏溢出)。此时,几乎剩下的就是前支原体的细胞骨架残骸,上面覆盖着一些残破的膜。

然而,如果你在这之后添加 ATP——你可能从高中生物学中记得它是通用的细胞燃料颗粒——这就是发生的事情

它们....复活了!!幽灵?僵尸?无论它们是什么,这个小小的微生物把戏——以及验证 ATP 是这些支原体引擎的动力来源的关键步骤——都令人惊叹。

还有更多:Small Things Considered(链接如下)博文的作者丹尼尔·豪瑟告诉我,他发现特别有趣的是,如果科学家不使用 DNA 酶和 RNA 酶处理细胞,前细胞会被它们溢出的 DNA 内脏粘在载玻片上——它们开始移动,伸出它们“黏糊糊的”(他的词)DNA/RNA 连接物,然后弹回。因此,显然,DNA 中的键的强度大于它们的运动引擎可以施加的力量。那么这些引擎呢?它们是如何工作的?

使这种现象成为可能的机制是两种支原体独有的。运动支原体的细胞类似于灯泡(或羽毛球)。灯泡的螺口实际上是头部,头部内部是一个细胞骨架基质,赋予其形状。拖在基质后面的是“水母触手”——长长的蛋白质链。

运动支原体的细胞骨架。与本页顶部的“幽灵”图像进行比较。来源:Nikane and Miyata 2007。点击图片查看链接。

该链上的每个单元又连接到一个类似蚱蜢腿的结构,该结构在扫描电子显微照片中以“尖刺”的形式突出在运动支原体的颈部周围。

运动支原体滑行蛋白系统的一种假设。来源:Miyata 2010。点击图片查看链接。

附着在该装置上的 ATP 酶蛋白裂解燃料,这会在发动机机制中诱导蛋白质形状变化级联反应,最终导致腿与表面的分离、移动和重新附着。总而言之:一步。

有趣的是,人工支原体幽灵最终开始失去对载玻片表面的抓地力并减速,因为它们的发动机碎片会分解,但无法被活细胞的修复系统替换。

为这一壮举提供动力的蛋白质复杂系统几乎是这种微生物独有的,就科学家所知。与为精子、原生生物和几种其他真核细胞提供动力的鞭毛(一种鞭打的、柔韧的尾巴)或细菌(一种固定的、螺旋状的转子,转动以像船舶的螺旋桨一样推动细菌前进)甚至为所有动物提供动力的肌动蛋白-肌球蛋白肌肉纤维(这些都是广泛存在的系统)不同,运动支原体的发动机装置仅在其自身和一个相关物种中发现。

考虑到已知如此之少的独特系统,支原体属似乎是这些运动创新微生物梦想工厂:在 Small Things Considered 的一篇博文中,这篇文章启发了本文,如果您有兴趣了解更多信息,您应该查看一下,丹尼尔·豪瑟告诉我们,至少还有一种独特的“蠕虫”型推进系统已在该属中进化出来,即肺炎支原体这是一种引起细菌性肺炎的细菌,并且恰好是地球上已知最小的自由生物。该属中可能还有其他此类独特的系统。

为什么这种情况在支原体中发生了两次?没有人确定。该属的成员往往是寄生的——运动支原体是从鱼鳃中分离出来的。也许向寄生性的转变产生了进化出新的运动系统的压力。而且该属的成员与其他大多数细菌的不同之处在于它们缺乏细胞壁。大多数细菌都有由肽聚糖制成的刚性壁。支原体没有。也许这给了它们在进化新的运动系统方面更多的……嗯……灵活性。

尽管如此,从表面上看是从零开始组装出不仅一种,而是两种这样的运动系统(该系统中的蛋白质似乎与任何其他主要的细菌或真核生物运动蛋白系统都不同源或共享祖先)是一项非常了不起的壮举。但你也必须承认,死而复生也是如此。

_____________________________________

* 与大多数其他细菌不同,支原体属缺乏细胞壁,因此您不必破坏它来清空细胞。该属的植物寄生虫等价物是植原体,其中微小的细菌也缺乏细胞壁,并且不受刚性壁的限制,有时会在它们生活的植物汁液中膨胀成奇特的斑点状形状(科学家称它们为“多形性”)。还有一个植物和昆虫寄生属,称为螺原体,其成员尽管缺乏细胞壁,但仍然设法形成完美的螺旋形。

 

© . All rights reserved.