iScience首次揭開了微生物黏液的秘密
摘要：根據馬薩諸塞大學阿姆赫斯特分校與伍斯特理工學院合作的一項最新研究，一些微生物的ECM只有在草酸或其他單酸存在時才會形成凝膠。
真菌和細菌的黏稠外層被稱為“細胞外基質”(ECM)，具有果凍般的稠度，起到保護層和包膜層的作用。但是，根據馬薩諸塞大學阿姆赫斯特分校與伍斯特理工學院合作發表在《科學》雜志上的一項最新研究，一些微生物的ECM只有在草酸或其他單酸存在時才會形成凝膠。由于ECM在從抗生素耐藥性到管道堵塞和醫療器械污染的各種問題上都發揮著重要作用，因此了解微生物如何操縱其粘稠的凝膠層對我們的日常生活具有廣泛的意義。
圖1 一些微生物的ECM只有在草酸或其他單酸存在時才會形成凝膠
“我一直對微生物的ECM很感興趣，”馬薩諸塞大學阿默斯特分校的微生物學教授、該論文的資深作者巴里·古德爾說。“人們通常將ECM理解為屏蔽微生物的惰性保護外層。但它也可以作為一個管道，讓營養物質和酶進出微生物細胞。”
包膜層有許多功能:它的粘性意味著單個微生物可以聚集在一起形成一個菌落，或“生物膜”，當足夠多的微生物這樣做時，它可以堵塞管道或污染醫療設備。
但是包膜層也需要具有滲透性:許多微生物會通過ECM向外分泌各種酶和其他代謝物，進入它們想要吃或感染的物質——比如腐爛的木頭或脊椎動物組織——然后，一旦酶完成了它們的消化工作，就會通過ECM吸收有營養的化合物。
這意味著ECM根本不是簡單的惰性保護層;事實上，正如古德爾和他的同事所表明的，微生物似乎有能力控制它們的ECM的粘性，從而控制它們的滲透性。他們是怎么做到的?
真菌的秘密似乎是草酸，這是一種在許多植物中天然存在的常見有機酸，而且，正如古德爾和他的同事發現的那樣，許多微生物似乎利用它們分泌的草酸與碳水化合物外層結合，形成粘稠的凝膠狀ECM。
但當研究小組仔細觀察時，他們發現草酸不僅有助于產生ECM，還能“調節”它:微生物向碳水化合物-酸混合物中添加的草酸越多，ECM就越粘稠。ECM變得越粘稠，它就越能阻止大分子進入或離開微生物，而小分子仍然可以自由地從環境進入微生物，反之亦然。
圖2 木質纖維素基質的管腔
這一發現挑戰了傳統的科學理解，即真菌和細菌分泌的不同類型的化合物實際上是如何從這些微生物傳遞到它們的環境中的。古德爾及其同事推測，在某些情況下，微生物可能需要更多地依靠非常小的分子的分泌來攻擊微生物賴以生存或感染的底物或組織。這意味著，如果較大的酶不能通過微生物細胞外基質，那么小分子的分泌也可能在發病過程中發揮更大的作用。
“似乎有一個最佳點，微生物可以控制自己的酸性水平，以適應特定的環境，通過阻止一些大分子，如酶，而讓小分子容易通過ECM。”使用草酸調節ECM可能是微生物保護自己免受抗菌劑和抗生素藥物侵害的一種方法，因為許多這些藥物都是由非常大的分子制成的。正是這種可調節性可能是克服抗菌藥物治療中一個主要障礙的關鍵，因為操縱ECM使其更具滲透性可能會提高抗生素和抗菌素的功效。
古德爾說:“如果我們能夠控制一些微生物中像草酸這樣的小酸的生物合成和分泌，我們也應該能夠控制什么可以進入微生物，這可能使我們能夠更好地治療許多微生物疾病。
參考資料：
[1] Interaction of oxalate with β-glucan: Implications for the fungal extracellular matrix, and metabolite transport
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