作为一项重大生与死斗争的舞台，微生物的微观世界充满了竞争的微生物。这些微小的生命形式为了地盘而竞争，吞噬一些污染物，向敌人喷射化学物质，并利用地形来获得优势和生存。一项关于这场微观地盘争夺战的新研究发现，细菌可以通过利用附近酵母细胞形成的流体液滴来加速移动。搭乘这些湿润的轨迹，细菌可以传播得更快，游得更远。这些发现详细记录在一项于6月4日发表在Cell Press期刊Biophysical Journal上的研究中，并揭示了微生物在植物、土壤甚至我们体内传播的新方式。
“在研究微生物相互作用时，研究通常侧重于这些相互作用的化学性质，”该研究的合著者、康奈尔大学的微生物组工程师Divakar Badal在声明中说。“但我们发现，物理性质在微生物的生长和传播方式中也起着重要作用。”
在这项研究中，研究团队专注于铜绿假单胞菌和隐球菌。铜绿假单胞菌是一种存在于土壤和人体呼吸道中的杆状细菌，带有尾状推进器。根据美国疾病控制与预防中心的说法，它会在手术后引起血液、肺部（肺炎）、泌尿道或其他身体部位的感染。
隐球菌是一种不动酵母菌，可能对免疫系统较弱的人致命，并且遍布世界各地。这种真菌引起的感染会影响身体的不同部位，但最常引起肺部或脑部感染（隐球菌性脑膜炎）。
研究团队在显微镜下观察了这两种生物相互靠近。铜绿假单胞菌最终涌入了隐球菌酵母菌周围的液滴状流体。与单独培养相比，与酵母菌共同培养的细菌传播速度提高了14.5倍。此外，分离的细菌菌落很快连接成连续的团块。
在微观尺度上，铜绿假单胞菌相当于一粒米。在同一尺度上，酵母菌大约有一个葡萄那么大。这些较大的酵母体从表面吸收水分，形成一层薄薄的流体光晕，充当临时的游泳道。这条水道使细菌能够绕过干燥表面的常规物理限制。当团队用死酵母或玻璃珠代替活酵母时，也产生了同样的光晕效应，这表明是这些液滴在驱动它。
“障碍物越大，无论是酵母还是玻璃珠，周围的流体就越多，这对假单胞菌来说就越好，”苏格兰邓迪大学的分子生物学家、该研究的合著者Varsha Singh补充道。“所以，它正在利用本可能是障碍的东西来获得更远的进展。”
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研究团队还发现，细菌的传播在不断生长的酵母细胞形成的景观中起伏不定。他们建立了一个模型来模拟细菌和酵母之间的相互作用，以更好地理解其中的动态。该模型表明，像白色念珠菌这样的生长更快的酵母菌会更剧烈地改变流体景观，从而影响细菌旅行的速度。
“我对我们的模型预测与实验结果的匹配程度感到非常惊讶，”印度马德拉斯理工学院的工程师、该研究的合著者Danny Raj M说。“在某种意义上，该模型是一个模拟真实行为的虚拟实验室。通过改变参数，从生长速率到湿度，我们可以回答许多问题。”
据研究团队称，这项研究的意义超出了模型和实验室。细菌和酵母在植物、土壤、水和人体中共存。借助流体膜传播的能力可能是帮助细菌更有效地定居这些环境的因素之一，尤其是在水分稀缺的情况下。研究团队计划研究这两种生物在现实世界中的相互作用方式，以了解更多信息。
“我们倾向于以拟人化的方式思考微生物学，关注人类的肺部或肠道，因为我们可以与之产生联系，”Singh说。“但其中大部分发生在土壤和其他环境中。这为我们提供了探索新问题的绝佳机会。我认为那里是下一个前沿。”
