细菌会像我们一样控制它们的"行走"吗？这可能听起来很奇怪，但这是一个基本问题。了解细菌的运动性不仅可以扩展我们对其行为的理解，还可以帮助我们对抗某些病原体。然而，由于微生物学家缺乏直接观察细菌丝的工具，这个问题始终没有得到解答。最近科学家通过发展一种新型的显微技术回答了该问题，研究结果发表在《自然-微生物》（Nature Microbiology）杂志上。

       细菌表面有蛋白质细丝参与运动、粘附、信号传导和致病性，并最终决定细菌如何与环境相互作用。然而，由于这些细丝非常小，以至于在活细胞中观察它们将非常复杂和困难。对于被称为"IV型菌毛"的结构尤其如此：纳米级的细丝从许多细菌的表面伸展和缩回，所以对它们的动态活动知之甚少。最近科学家开发了一种新型的显微镜方法，可以直接观察许多细菌用来运动的结构。该技术被称为干涉散射显微镜（iSCAT）技术，它能够在活细胞中看到纳米宽的细丝，且无需任何化学标签。

       科学家研究了细菌铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的运动行为。铜绿假单胞菌是一种常见于土壤中的机会致病菌。它是医学上最受关注的细菌之一，能够导致医院获得性感染、囊性纤维化、创伤性烧伤感染等，在世界卫生组织的抗生素耐药观察名单中排名第一。

       研究人员利用iSCAT技术直接从培养物中动态观察活细菌中的菌毛。为了理解IV型菌毛运动的协调机制，科学家们使用iSCAT精确计时表面接触、回缩和细胞体位移的连续性。该方法揭示了三个关键事件，这些事件导致细菌能够在表明上自由地运动。首先，菌毛外端与表面的接触激活了引发回缩的分子马达。其次，这种收缩增强了菌毛与表面的附着，增加了细菌的位移。最后，第二个更强的分子马达强化细菌在高摩擦下的位移。

       这些连续的事件揭示了细菌与表面相互作用的新机制，即菌毛充当传感器。它还揭示了细菌利用感觉机制来协调其运动胞器的动态变化。这与包括人类在内的高等生物移动四肢以产生位移的方式具有惊人的相似性。人体中枢神经系统处理机械感觉信号通过多个连续的事件整合运动部件，从而引发肌肉收缩并导致步态发生。研究人员称，这项工作表明，细菌以同样的方式进行运动，它们使用触觉来顺序地整合分子马达，产生延伸和缩回的循环，从而形成步行模式。

TFP运动顺序控制模型  图片：Nature Microbiology

原文链接：Bacteria walk (a bit) like we do

期刊全文：Pseudomonas aeruginosa orchestrates twitching motility by sequential control of type IV pili movements

编译：刘晓琳