눈을 감고 박테리아를 상상해보십시오. 아마도 당신은 우리의 장 대장균을 촬영하고있을 것입니다 또는 포도상 구균의 반짝이는 황금빛 공, 또는 라임 병 스피로 셰 뜨개질의 코르크 스크류 링렛. 종과 그 모양에 관계없이, 당신의 마음의 눈은 단일 세포 또는 몇몇 자유 생활 세포를 불러 일으켰을 가능성이 있습니다.
미생물 학자 줄리아 슈워츠 만 (Julia Schwartzman) 은이 이미지의 문제점은 대부분의 박테리아가 어떻게 살 것인지를 반영하지 않는다는 것입니다. 종종 박테리아는 끈적 끈적한 분자를 사용하여 표면에 고정되어 바이오 필름이라고 불리는 크고 안정적인 집단에서 자랍니다. 치아의 플라크는 바이오 필름입니다. 카테터의 감염, 연못 쓰레기의 칙칙한 녹색 및 욕조 배수구를 막는 덩어리가 있습니다.
그러나 Massachusetts Institute of Technology의 Otto Cordero 실험실에서 박사후 연구원으로 연기 한 Schwartzman의 최근 연구는 큰 대기업을 형성하기위한 고정 지점이없는 넓은 바다에 박테리아가 떠 다니는 박테리아조차도 다세포 형태로 존재한다는 것을 보여줍니다.
."우리는이 구조물을 놀라운 것을 보았습니다."그녀가 말했다.
Schwartzman과 마찬가지로 Cordero와 동료들은 최근 논문에서 현재 생물학 에서 보여주었습니다. , 이러한 다세포 형태는 박테리아가 일반적으로 단세포 유기체에서 볼 수있는 것보다 훨씬 더 복잡한 수명주기를 개발했기 때문에 발생했습니다.
저녁 식사를위한 회사
Schwartzman은 해양 박테리아의 다세포성에 대한 이러한 발견에 이르렀으며보다 근본적인 일에 대해 배우려고 노력했습니다.
열린 바다에서, 종종 해양 미생물의 유일한 에너지 원은 알기 네이트 (Alginate)라는 젤라틴 탄수화물입니다. 포도당, 과당 및 세포막을 쉽게 교차시킬 수있는 기타 간단한 설탕과 달리 알기 네이트는 박테리아가 식사하는 박테리아보다 큰 길고 코일 가닥으로 구성됩니다. Schwartzman은 알기 네이트를 분해하기 위해 분비되는 소화 효소가 개방 바닷물에서 쉽게 희석되어 휩쓸려 갈 수 있기 때문에 박테리아가 어떻게 효율적으로 축제하는지에 대해 더 많이 알고 싶었습니다.
.그렇기 때문에 Cordero의 실험실의 또 다른 박사후 소장 인 Ali Ebrahimi는 발광 해양 박테리아의 성장을 측정하기 시작했습니다. 알기 네이트로 가득 찬 따뜻한 국물의 플라스크에서. 많은 미생물학 실험에서 과학자들은 세포가 가능한 빨리 나누도록 장려하기 위해 영양소의 smorgasbord를 제공하지만 Schwartzman과 Ebrahimi의 플라스크는 vibrio를 강요했습니다. 바다에서와 마찬가지로 상대적으로 적은 양의 대형 알기 네이트 폴리머를 사용하는 박테리아.
그러나 Schwartzman이 데이터 수집을 시작했을 때, 그녀는 신인 실수를했다고 생각했습니다. 박테리아가 번식함에 따라 그들은 맑고 호박색의 문화 국물을 어두운 스튜로 변형시킵니다. 어류를 측정함으로써, Schwartzman은 플라스크에서 미생물의 수를 외삽하고 세포가 얼마나 빠르게 나뉘 었는지 추정하기 위해 성장 곡선을 구성 할 수 있습니다. 세균 학자들은 수십 년 동안 이런 식으로 성장률을 추정 해 왔습니다. 박사후의 한 사람으로서 Schwartzman은 수년에 걸쳐 몇 번 이나이 일을했는지를 잃었습니다.
그녀의 vibrio 의 성장 곡선 그러나 문화는 평범한 부드럽게 상승하는 선을 보여주지 않고 오히려 롤러 코스터 트랙과 같은 울퉁불퉁 한 스 퀴글을 보여줍니다. 그녀가 과정을 몇 번 반복하더라도 박테리아는 국물에서 예상되는 흐림을 생성하지 않았습니다.
미세한 스노우 글로브
무슨 일이 있었는지 확인하기 위해 Schwartzman은 유리 현미경 슬라이드에 배양 용액의 액적을 퇴적하고 40 배 확대로 렌즈를 통해 피어링했습니다. 그녀와 Ebrahimi가 본 것은 개인의 vibrio 의 무리가 아닙니다. 그러나 오히려 함께 사는 수백 또는 수천 개의 박테리아로 구성된 아름답고 층상 된 오브.
Schwartzman은“이것은 단지 박테리아 한 덩어리가 아니 었습니다. "그것은 구형이며, 중간에 세포가 섞인 것을 볼 수 있습니다."
.추가 연구는 중공 구체가 vibrio 임을 보여 주었다 바다에서 식사를하는 복잡한 도전에 대한 해결책. 개별 박테리아는 너무 많은 효소 만 생산할 수 있습니다. 알기 네이트를 분해하는 것은 vibrio 일 때 훨씬 더 빨리 진행됩니다 함께 클러스터 할 수 있습니다. Schwartzman은 승리 전략이라고 말합니다. 너무 많은 vibrio 가 있다면 , 박테리아의 수는 이용 가능한 알기 네이트를 능가한다.
박테리아는보다 복잡한 수명주기를 개발하여 수수께끼를 해결했습니다. 박테리아는 세 단계로 살아갑니다. 처음에, 개별 세포는 반복적으로 분열되고 딸 세포는 덩어리가 자라는 곳에 모여있다. 두 번째 단계에서, 덩어리 된 세포는 중공 구체로 자신을 재 배열한다. 가장 바깥 세포는 스스로를 붙잡고 미세한 스노우 글로브와 같은 것을 형성합니다. 내부의 세포는 갇힌 알기 네이트를 소비 할 때 수영을하면서 더 모바일이됩니다. 세 번째 단계에서, 부서지기 쉬운 외부 층이 파열되어,주기를 새로 시작하기 위해 잘 짜여진 내부 셀을 방출합니다.
사실상 vibrio 박테리아는 다른 유전자를 사용하여 각 단계에서 그들의 행동을 제어하는 세포의 이종 혼합물이 되십시오. 세포가 구조에서 이웃들과 상호 작용함에 따라, 1 월 남부 캘리포니아 대학교에서 자신의 실험실을 시작한 슈워츠 만 (Schwartzman)은“놀라운 양의 복잡성”이라고 말했다. "박테리아는 끊임없이 환경에서 정보를 취하고 있으며 때로는 환경을 변화시키는 방식으로 반응합니다."
.이 복잡성은 vibrio 에 대한 비용을 지불합니다 여러 가지 방법으로. 다세포 단계를 포함하도록 수명주기를 변경함으로써 박테리아는 알기 네이트를 효율적으로 소화 할 수 있습니다. 숫자는 증가하고 중공 쉘은 효소를 집중시키는 데 도움이됩니다. 한편, 공동체의 구조는 너무 많은 세포가 태어나지 못하게합니다. 껍질의 세포는 번식 할 기회를 잃지 만, OUB의 모든 세포는 클론이기 때문에 그들의 DNA는 다음 세대에 살고 있습니다.
.다세포 성은 얼마나 흔한가?
유럽 분자 생물학 연구소에서 미생물 발달의 진화를 연구하고 연구에 관여하지 않은 Jordi Van Gestel에 따르면이 작품은“아름다운 논문”입니다. Van Gestel은 결과는 예외가 아닌 미생물 그룹 생활이 표준이라는 아이디어를 강화한다고 말합니다.
"이것은 간단한 박테리아에서 수명주기의 복잡성을 아름답게 보여줍니다."
호주 Macquarie University의 미생물학자인 Anahit Penesyan은 Schwartzman과 Cordero의 작품은 박테리아에 대한 선입견에 유용한 도전을 제공한다고 말했습니다. 그녀는“미생물이 단일 세포라는 것을 이해하는 데 새겨 져 있습니다. "이것은 식물 씨앗이나 포자를보고 전체 식물의 모습을 추론하려고하는 것과 같습니다."
.새로운 vibrio 찾기는 성장하는 미생물 목록을 추가하여 수명의 적어도 일부에서 다세포가 될 수 있습니다. 작년에 Georgia Institute of Technology의 연구원들은 실험실의 단세포 효모가 불과 2 년 만에 거대한 다세포 형태를 발전 시켰다고보고했습니다. 그리고 10 월에 일본의 연구자들은 동굴 벽에 다세포 구조로 자라는 박테리아 발견을 발표했다. 바위가 지하 흐름에 담그면 구조는 다른 위치를 식민지화하기 위해 씨앗과 같은 특수 세포를 배출합니다.
Schwartzman과 Van Gestel은 다세포의 능력이 인생의 역사 초기에 진화했으며 박테리아의 고대 사촌 인 Archaea와 공유된다고 생각합니다. 그들은 연구원들이 비슷한 특성을 가진 다른 종을 찾을 때까지 시간 문제 일 뿐이라고 생각합니다. 그리고 Schwartzman은 이미보기 시작했습니다.
시카고 대학교에서 은퇴 한 미생물학자인 제임스 샤피로 (James Shapiro)는 그녀가 그것을 찾을 것이라는 데는 의심의 여지가 없다.
1980 년대부터 Princeton University의 Bonnie Bassler와 같은 Shapiro 및 기타 미생물학 조명은 잘 연구 된 박테리아의 단일 세포 라이프 스타일이 종종 자란 인공 플라스크 환경의 유물이라는 것을 보여주었습니다. 1998 년 미생물학 연례 검토 의 기사에서 Shapiro는 박테리아가 단세포 외로움이 아니라고 주장했다. "나는 기본적으로 모든 박테리아가 다세포 유기체라는 결론에 도달했다"고 그는 말했다.
그의 4 년간의 경력에서 Shapiro는 그의 가설이 거의 이단에서 논란의 여지가없는 것으로 변하는 것을 보았다. "처음에는주의를 기울 였지만 이제는 기존의 지혜가되었습니다."라고 그는 말했습니다. "다세포성은 박테리아의 고유 한 특성입니다."
편집자 주 :Cordero는 미생물 생태계 원칙에 관한 Simons 협업의 공동 이사입니다. Schwartzman, Cordero 및 그 동료들의 연구는 Simons Foundation의 협력을 통해 지원되었으며,이 편집자 독립 잡지를 후원합니다.
