圖1：研究人員正在使用顯微鏡觀察細(xì)菌樣本

細(xì)菌不僅會(huì)在饑餓階段意外死亡，還會(huì)在饑餓階段意外死亡。周圍的細(xì)胞對(duì)其生死也有發(fā)言權(quán)。

德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的研究小組發(fā)現(xiàn)，決定細(xì)胞生死的最重要因素有兩個(gè)：1）維持生命所需的能量； 2）存活細(xì)胞從死亡細(xì)胞回收生物質(zhì)的效率。

細(xì)胞存活和生長(zhǎng)是生物系統(tǒng)的核心因素。因此，慕尼黑工業(yè)大學(xué)復(fù)雜生物系統(tǒng)物理學(xué)教授Ulrich Gerland 等科學(xué)家正在試圖了解分子成分如何相互作用以維持一組細(xì)胞在壓力下生存的能力。

格蘭德領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)已成功確定了細(xì)菌生存的兩個(gè)關(guān)鍵因素：細(xì)胞的基本能量消耗以及活細(xì)胞可以從每個(gè)相鄰死細(xì)胞獲得的能量（通過(guò)生物量回收效率來(lái)衡量）。

來(lái)自鄰近細(xì)胞尸體的營(yíng)養(yǎng)

研究人員模擬了大腸桿菌細(xì)胞缺乏糖和其他碳水化合物的緊急情況。在這種情況下，細(xì)菌既沒(méi)有糖作為能量，也沒(méi)有含碳水化合物的食物作為食物。

當(dāng)?shù)谝慌?xì)胞死亡時(shí)，幸存的細(xì)胞試圖從周圍死亡的細(xì)胞中獲取營(yíng)養(yǎng)。某種酶的能量周轉(zhuǎn)率越高，死亡率就越高。周圍細(xì)胞從死亡細(xì)胞中恢復(fù)的能量越多，存活率就越高。

圖2：Ulrich Grande 教授和合著者Elena Biceli 在他們的實(shí)驗(yàn)室里

格蘭德說(shuō)：“我們的研究結(jié)果首次使得定量確定單個(gè)分子成分對(duì)細(xì)菌細(xì)胞存活的貢獻(xiàn)成為可能。”

生存能力下降是一種集體現(xiàn)象

總體而言，隨著時(shí)間的推移，活細(xì)胞呈指數(shù)下降。原則上，這種發(fā)展可以用單個(gè)細(xì)胞的隨機(jī)死亡來(lái)解釋，就像放射性衰變也表現(xiàn)出指數(shù)變化一樣。

但當(dāng)研究人員改變實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)這種關(guān)系更加復(fù)雜。蜂群衰退是一種集體現(xiàn)象。因此，周圍的細(xì)菌細(xì)胞共同決定了它們之間的細(xì)胞是死亡還是存活。

圖3：這張照片顯示了一種細(xì)菌培養(yǎng)物

細(xì)胞死亡率的變化可能是由影響細(xì)菌存活的許多遺傳或生態(tài)擾動(dòng)引起的。因此，每種細(xì)菌和每種環(huán)境條件所產(chǎn)生的平衡都會(huì)有很大不同。

為了了解這種動(dòng)態(tài)，研究人員對(duì)整個(gè)細(xì)菌生存系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。然后他們利用這種關(guān)系來(lái)確定分子對(duì)細(xì)胞存活的貢獻(xiàn)。

根據(jù)細(xì)胞類型，可以鑒定細(xì)胞存活的重要分子因素，這可以導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)決定存活的酶或其他蛋白質(zhì)。格蘭德說(shuō)：“我們的目標(biāo)是系統(tǒng)地、定量地了解細(xì)菌如何在如此多的環(huán)境條件下生存，這是對(duì)生存生理學(xué)的探索。”