iScience首次揭开了微生物黏液的秘密

来源：作者：人气：-发表时间：2023-06-02 10:25:00【大中小】

摘要：根据马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校与伍斯特理工学院合作的一项最新研究，一些微生物的ECM只有在草酸或其他单酸存在时才会形成凝胶。

真菌和细菌的黏稠外层被称为“细胞外基质”(ECM)，具有果冻般的稠度，起到保护层和包膜层的作用。但是，根据马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校与伍斯特理工学院合作发表在《科学》杂志上的一项最新研究，一些微生物的ECM只有在草酸或其他单酸存在时才会形成凝胶。由于ECM在从抗生素耐药性到管道堵塞和医疗器械污染的各种问题上都发挥着重要作用，因此了解微生物如何操纵其粘稠的凝胶层对我们的日常生活具有广泛的意义。

图1 一些微生物的ECM只有在草酸或其他单酸存在时才会形成凝胶

“我一直对微生物的ECM很感兴趣，”马萨诸塞大学阿默斯特分校的微生物学教授、该论文的资深作者巴里·古德尔说。“人们通常将ECM理解为屏蔽微生物的惰性保护外层。但它也可以作为一个管道，让营养物质和酶进出微生物细胞。”

包膜层有许多功能:它的粘性意味着单个微生物可以聚集在一起形成一个菌落，或“生物膜”，当足够多的微生物这样做时，它可以堵塞管道或污染医疗设备。

但是包膜层也需要具有渗透性:许多微生物会通过ECM向外分泌各种酶和其他代谢物，进入它们想要吃或感染的物质——比如腐烂的木头或脊椎动物组织——然后，一旦酶完成了它们的消化工作，就会通过ECM吸收有营养的化合物。

这意味着ECM根本不是简单的惰性保护层;事实上，正如古德尔和他的同事所表明的，微生物似乎有能力控制它们的ECM的粘性，从而控制它们的渗透性。他们是怎么做到的?

真菌的秘密似乎是草酸，这是一种在许多植物中天然存在的常见有机酸，而且，正如古德尔和他的同事发现的那样，许多微生物似乎利用它们分泌的草酸与碳水化合物外层结合，形成粘稠的凝胶状ECM。

但当研究小组仔细观察时，他们发现草酸不仅有助于产生ECM，还能“调节”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变得越粘稠，它就越能阻止大分子进入或离开微生物，而小分子仍然可以自由地从环境进入微生物，反之亦然。

图2 木质纤维素基质的管腔

这一发现挑战了传统的科学理解，即真菌和细菌分泌的不同类型的化合物实际上是如何从这些微生物传递到它们的环境中的。古德尔及其同事推测，在某些情况下，微生物可能需要更多地依靠非常小的分子的分泌来攻击微生物赖以生存或感染的底物或组织。这意味着，如果较大的酶不能通过微生物细胞外基质，那么小分子的分泌也可能在发病过程中发挥更大的作用。

“似乎有一个最佳点，微生物可以控制自己的酸性水平，以适应特定的环境，通过阻止一些大分子，如酶，而让小分子容易通过ECM。”使用草酸调节ECM可能是微生物保护自己免受抗菌剂和抗生素药物侵害的一种方法，因为许多这些药物都是由非常大的分子制成的。正是这种可调节性可能是克服抗菌药物治疗中一个主要障碍的关键，因为操纵ECM使其更具渗透性可能会提高抗生素和抗菌素的功效。

古德尔说:“如果我们能够控制一些微生物中像草酸这样的小酸的生物合成和分泌，我们也应该能够控制什么可以进入微生物，这可能使我们能够更好地治疗许多微生物疾病。

参考资料：

[1] Interaction of oxalate with β-glucan: Implications for the fungal extracellular matrix, and metabolite transport

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此文关键字：真菌和细菌的黏稠外层细胞外基质 ECM