细菌如何保持和恢复其形状

细菌有各种形状和大小 - 有些像杆一样直，有些像开瓶器一样扭曲。形状在细菌如何渗透和攻击体内细胞方面起着重要作用。幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)是一种可引起溃疡的细菌，它可以帮助它穿透组织。

细菌即使在扭曲变形后也具有非凡的维持和恢复形态的能力。研究人员知道，形状是由细胞壁决定的，但对细菌如何监测和控制它却知之甚少。由于细胞壁是大多数抗生素的目标，因此了解细菌如何在其细胞壁上生长可以提供对更有效药物的了解。

现在，由哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)领导的一个研究小组发现，大肠杆菌(大肠杆菌)可以使用机械提示来保持它们的形状。

该研究发表在Nature Microbiology上。

“这项研究可能揭示了细菌生长的一些基本原则，”SEAS的研究生和该论文的共同第一作者Felix Wong说。“我们发现细胞壁生长与机械应变的耦合在数量上与细菌在实验中变形后恢复其形状的方式一致。”

Wong和资深作者，应用数学助理教授Ariel Amir首先在约束条件下对大肠杆菌细胞壁的力学进行建模，这些限制迫使细菌生长成甜甜圈的形状。

在之前的研究中，Amir观察到，在相似的弯曲力下，细菌会发生塑性变形，这意味着当弯曲力消除后，大肠杆菌细胞会折回到更直，但仍然弯曲的形状。这表明细胞壁生长可以感知施加的弯曲力。Amir还发现，细胞在进一步生长时会变直，这一观察结果在该论文中尚未解决。

在最新的研究中，研究小组探索了将壁生长与机械应变 - 细菌如何被压缩或拉伸 - 耦合，可以解释回弹并预测细菌在释放时会有多快变直。

Wong和Amir用理论模型回答了这个问题，该模型定量地预测了细菌如何生长以恢复其直线形状以及需要多长时间。

然后，与Drs的实验组一起。分别来自莱布尼茨聚合物研究所和德国Max Bergmann生物材料中心和法国巴斯德研究所的Lars Renner和Sven van Teeffelen负责大肠杆菌的实验。

模型和实验彼此一致。机械应变依赖性细胞壁生长速率预测的拉直速率与实验发现的一致。

“我们认为我们提出的细菌想法让人想起植物的生长，”Wong说。“在植物领域已经很好地建立了机械线索可以抑制植物生长。我们的研究表明细菌可能也是如此。但是，如果机械菌株确实是细菌的重要感官提示，那么必须有一个感知机械应变的分子机制。“

接下来，研究人员希望能够识别和理解那些可能为未来抗生素提供新靶点的分子机制。