Cell：揭示簡單的**群落可以組裝成復雜的結構模式

2022年1月9日訊/生物谷BIOON/---在過去的幾年里，美國加州大學圣地亞哥分校生物學家Gürol Süel及其研究團隊發現了一系列由生活在一起的形成生物膜（biofilm）的**群落表現出來的顯著特征。生物膜在現實世界中很普遍，存在于下水道、廚房柜臺甚至我們的牙齒表面。之前的一項研究表明，這些生物膜采用了復雜的系統來相互溝通，而另一項研究則證明生物膜具有強大的記憶能力。

如今，在一項新的研究中，Süel團隊與來自美國斯坦福大學和西班牙龐培法布拉大學的研究人員一起發現了生物膜的一種新特點，揭示了這些**群落比以前認為的要先進得多。他們發現生物膜細胞被組織成精心設計的模式，這一特征以前只與更**別的生物如植物和動物有關。這些發現是他們八年研究的成果。相關研究結果發表在2022年1月6日的Cell期刊上，論文標題為“A segmentation clock patterns cellular differentiation in a bacterial biofilm”。

Süel說，“我們看到生物膜比我們想象的要復雜得多。從生物學的角度來看，我們的結果表明，發育過程中的細胞模式（cell patterning）的概念比以前認為的要古老得多。顯然，細胞在空間和時間上自我分區的能力不僅僅是隨著植物和脊椎動物的出現而出現的，而是可能追溯到十幾億年前。”

生物膜群落是由不同類型的**細胞組成的?？茖W家們以前沒有想到這些不同的**細胞可以被組織成有規則的復雜模式。在這項新的研究中，這些作者開發了實驗和數學模型，揭示了“時鐘和波形（clock and waveform）”機制的遺傳基礎，這種機制以前只在從植物到果蠅到人類等高度進化的生物中看到過。隨著生物膜的擴張和營養物的消耗，營養物耗盡的“波浪”在**群落內的細胞間移動，并將每個細胞內的分子鐘凍結在特定的時間和位置，從而形成一種由不同細胞類型的重復區域組成的復雜復合模式。

這些作者取得的突破是能夠確定生物膜產生生物膜群落范圍內基因表達模式同心環的能力所依據的遺傳回路。然后，他們能夠進行模型預測，顯示生物膜可以內在地產生許多區域。他們在這篇論文中指出，“我們的發現表明，**生物膜采用了一種迄今為止被認為是脊椎動物和植物系統所獨有的發育模式機制?！?/span>

這項研究的發現對許多研究領域都有影響。由于生物膜在我們的生活中無孔不入，它們在從醫學到食品工業，甚至**方面的應用都很有趣。生物膜作為有能力測試簡單的細胞系統如何將自己組織成復雜模式的系統，在發育生物學中可以用來研究在脊椎動物中發揮作用的時鐘和波形機制的具體方面。

Süel說，“我們可以看到，**群落不僅僅是一團細胞。擁有一種**系統使我們能夠提供一些在脊椎動物和植物系統中難以獲得的答案，因為**提供了更容易在實驗中獲得的系統，可以為發育領域提供新的見解?！保ㄉ锕?Bioon.com）