口腔中的细菌能像毛毛虫一样爬行

很可能是为了在口腔中生存，细菌进化到沿着纵轴分裂而不会彼此分离。环境细胞生物学家和微生物遗传学家刚刚发表了他们的新见解。在他们的工作中，他们描述了这些毛虫状细菌的分裂模式，以及它们从杆状祖先进化而来的过程。他们建议建立奈瑟菌科口腔细菌作为新的模式生物，可以帮助确定新的抗菌靶点。

　　

我们的口腔中有超过700种细菌，因此，口腔中的微生物群就像我们的肠道一样多样化，但我们对口腔细菌是如何生长和分裂的还知之甚少。对于细菌来说，口腔是一个很难生存的地方。口腔内表面的上皮细胞不断脱落，与唾液流一起，居住在口腔内表面的生物将因此而挣扎着附着。也许是为了更好地粘在口腔上，奈氏菌科的细菌进化出了一种新的繁殖方式。虽然典型的杆状物是横向分裂，然后彼此分离，但一些生活在我们口腔中的共生奈氏菌科植物，则是用它们的尖端附着在基底上，并沿着它们的长轴纵向分裂。除此之外，一旦细胞分裂完成，它们就会相互连接，形成毛毛虫一样的细丝。结果灯丝中的一些细胞也采用不同的形状，可能是为了发挥对整个灯丝有利的特定功能。研究人员解释说:“多细胞使细胞之间的合作成为可能，例如以分工的形式，因此可能有助于细菌在营养压力下生存。”

研究团队首先使用电子显微镜研究了奈氏菌科的细菌细胞形状，除了毛虫状的细丝外，还包括两种标准的细胞形状(杆状和球菌状)。通过比较他们在整个奈瑟菌科的细胞形状和基因组，他们可以推断，多细胞、纵向分裂的细菌是从杆状、横向分裂的细菌进化而来的。此外，他们还可以确定哪些基因可能对这种不寻常的繁殖策略负责。然后，他们使用荧光标记技术来可视化多细胞细菌的细胞生长过程，最后将这些细菌的基因组成与“经典的”杆状物种进行比较。最后，他们试图通过将基因变化引入棒状奈瑟科来重现这种进化。虽然他们不能强迫杆状细菌变成多细胞，但基因操作导致了细胞变长变薄。“我们推测，在进化过程中，通过延长和分裂过程的重新加工，细胞形状发生了变化，也许是为了更好地在口腔中茁壮成长”，Frédéric Veyrier (INRS)。

“除了帮助我们了解细胞形状是如何进化的，多细胞奈瑟科可能有助于研究细菌是如何学会附着在动物表面生活的，这是迄今为止发现的它们唯一出现的地方。顺便说一下，我们有一半人把它们带在嘴里。”维也纳大学功能与进化生态学系的西尔维亚·布尔盖雷西解释道。然而，来自维也纳大学的博士生Philipp Weber也参与了这项研究，他强调，“将细胞生物学领域扩展到其他形态和共生物种，对于增加生物制药应用的蛋白质靶池(如抗生素靶)也至关重要。”来自INRS的Veyrier团队的博士生Sammy Nyongesa补充说:“一种进化的方法，比如在这里对奈瑟莱斯科进行的研究，可以揭示新的、不可预见的蛋白质目标。”

Journal Reference:

1. Sammy Nyongesa, Philipp M. Weber, Ève Bernet, Francisco Pulido, Cecilia Nieves, Marta Nieckarz, Marie Delaby, Tobias Viehboeck, Nicole Krause, Alex Rivera-Millot, Arnaldo Nakamura, Norbert O. E. Vischer, Michael vanNieuwenhze, Yves V. Brun, Felipe Cava, Silvia Bulgheresi, Frédéric J. Veyrier. Evolution of longitudinal division in multicellular bacteria of the Neisseriaceae family. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-32260-w