2022年1月9日訊/生物谷BIOON/---在過去的幾年里，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校生物學(xué)家Gürol Süel及其研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一系列由生活在一起的形成生物膜（biofilm）的**群落表現(xiàn)出來的顯著特征。生物膜在現(xiàn)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(fù)雜的系統(tǒng)來相互溝通，而另一項研究則證明生物膜具有強(qiáng)大的記憶能力。

如今，在一項新的研究中，Süel團(tuán)隊與來自美國斯坦福大學(xué)和西班牙龐培法布拉大學(xué)的研究人員一起發(fā)現(xiàn)了生物膜的一種新特點(diǎn)，揭示了這些**群落比以前認(rèn)為的要先進(jìn)得多。他們發(fā)現(xiàn)生物膜細(xì)胞被組織成精心設(shè)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(guān)。這些發(fā)現(xiàn)是他們八年研究的成果。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年1月6日的Cell期刊上，論文標(biāo)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(fù)雜得多。從生物學(xué)的角度來看，我們的結(jié)果表明，發(fā)育過程中的細(xì)胞模式（cell patterning）的概念比以前認(rèn)為的要古老得多。顯然，細(xì)胞在空間和時間上自我分區(qū)的能力不僅僅是隨著植物和脊椎動物的出現(xiàn)而出現(xiàn)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(xì)胞組成的。科學(xué)家們以前沒有想到這些不同的**細(xì)胞可以被組織成有規(guī)則的復(fù)雜模式。在這項新的研究中，這些作者開發(fā)了實驗和數(shù)學(xué)模型，揭示了“時鐘和波形（clock and waveform）”機(jī)制的遺傳基礎(chǔ)，這種機(jī)制以前只在從植物到果蠅到人類等高度進(jìn)化的生物中看到過。隨著生物膜的擴(kuò)張和營養(yǎng)物的消耗，營養(yǎng)物耗盡的“波浪”在**群落內(nèi)的細(xì)胞間移動，并將每個細(xì)胞內(nèi)的分子鐘凍結(jié)在特定的時間和位置，從而形成一種由不同細(xì)胞類型的重復(fù)區(qū)域組成的復(fù)雜復(fù)合模式。

這些作者取得的突破是能夠確定生物膜產(chǎn)生生物膜群落范圍內(nèi)基因表達(dá)模式同心環(huán)的能力所依據(jù)的遺傳回路。然后，他們能夠進(jìn)行模型預(yù)測，顯示生物膜可以內(nèi)在地產(chǎn)生許多區(qū)域。他們在這篇論文中指出，“我們的發(fā)現(xiàn)表明，**生物膜采用了一種迄今為止被認(rèn)為是脊椎動物和植物系統(tǒng)所獨(dú)有的發(fā)育模式機(jī)制?！?/span>

這項研究的發(fā)現(xiàn)對許多研究領(lǐng)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(yī)學(xué)到食品工業(yè)，甚至**方面的應(yīng)用都很有趣。生物膜作為有能力測試簡單的細(xì)胞系統(tǒng)如何將自己組織成復(fù)雜模式的系統(tǒng)，在發(fā)育生物學(xué)中可以用來研究在脊椎動物中發(fā)揮作用的時鐘和波形機(jī)制的具體方面。

Süel說，“我們可以看到，**群落不僅僅是一團(tuán)細(xì)胞。擁有一種**系統(tǒng)使我們能夠提供一些在脊椎動物和植物系統(tǒng)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(tǒng)，可以為發(fā)育領(lǐng)域提供新的見解?！保ㄉ锕?Bioon.com）