细菌集体在黏液中“游泳”

根据近日发表于美国《国家科学院院刊》子刊PNAS Nexus的一项研究，打喷嚏、流鼻涕是感冒和流感季节到来的标志，而黏液增加正是细菌用来对免疫系统进行协同攻击的原因。这项研究展示了细菌如何利用黏液增加自组织能力，并可能导致感染。

美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员发现，黏液越稠，细菌就越容易聚集。这一发现可能会对以降低细菌传播能力为目标的治疗方法产生影响。

黏液是一种众所周知具有挑战性的物质，因为它既有液体性质，又有固体性质。液体通常用黏度来描述，即液体的黏稠度或稀薄度，而固体用弹性来描述，即在破裂前能承受多大的力。

为了更好地了解黏液是如何被感染的，研究人员利用合成猪胃黏液、天然牛宫颈黏液和一种名为聚维酮的水溶性聚合物化合物进行实验。

研究小组使用显微成像技术观察了合成猪胃黏液、天然牛宫颈黏液中浓缩的枯草芽孢杆菌的集体运动。他们将这些结果与枯草芽孢杆菌在不同浓度聚维酮中的运动情况进行了比较。

研究小组发现，黏液的黏度深刻影响着细菌的集体行为。黏液越稠，细菌越有可能表现出集体行为，形成一个协调一致的群体。

“我们的研究第一次证明了细菌集体在黏液中‘游泳’。”论文通讯作者、宾夕法尼亚州立大学教授Igor Aronson说，“我们已经证明与类似黏度的液体不同，黏液能增强集体行为。”

黏液增强了细菌的大规模集体运动，可能加快细菌穿透黏液保护屏障并感染内部组织的速度。这可能会增加细菌群落的抗生素耐药性。

研究人员说，这些发现为深入了解细菌如何在黏液和黏膜表面“定居”提供了见解。

“我们的发现证明了黏液黏度如何影响单个细菌的随机运动，并影响它们向大型细菌群落一致性、集体性运动的转变。”Aronson表示。

这项研究表明，黏液的弹性和黏度水平是细菌群落如何组织自身的主要驱动因素。研究小组预计人类黏液也会表现出类似的物理特性。这可以为人们控制和预防黏液中的细菌入侵提供见解。

Aronson说，更好地了解细菌是如何在黏液中聚集的，可以为对抗感染和日益严重的抗生素耐药性问题的新策略铺平道路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgad291