细菌的形状有什么作用？

蛭弧菌（Bdellovibrio bacteriovorus）可以从世界各地的土壤和水中分离出来，每一种都有弯曲的形状，但人们还没有完全理解它们为什么和如何形成这样的形状。

在今天发表在《自然通讯》杂志上的一篇新论文中，来自诺丁汉大学、伯明翰大学和纽卡斯尔大学的科学家们表明，一种蛭弧菌的弯曲形状是影响其生活方式的一个重要特征，使其能够有效地入侵，在其他细菌中生长和生活。

在这篇新论文中，研究人员发现蛭弧菌弯曲的回飞棒形状是由一种特殊的蛋白质Bd1075产生的，蛭弧菌利用这种蛋白质(而不是分泌到猎物体内)。没有这种蛋白质，曲线形状就失去了。

该团队还发现，细菌细胞壁修饰基因具有独特的特征，使细菌能够塑造自己独特的形状。

研究人员之前发现了这种细菌是如何通过利用蛭弧菌分泌的蛋白质改变猎物的细胞壁，将猎物塑造成球形而不伤害自己的，从而入侵猎物细胞的。

这种猎物内部的球形空间成为蛭弧菌的家，蛭弧菌以猎物为食物，生长发育成弯曲的细胞，形状像一串回飞棒形状的香肠。它们分开，然后逃跑，寻找更多的猎物。

这种特殊形状的干扰降低了猎物入侵的速度，并改变了蛭弧菌在猎物细胞生长过程中的适应方式。因此，Bd1075的进化使得蛭弧菌能够自我塑造，有效地进入并适应猎物细胞环境。

这项研究是由诺丁汉大学生命科学学院的艾玛·班克斯、利兹·索科特教授和凯里·兰伯特博士领导的。他们与伯明翰大学安迪·洛夫林教授实验室的毛里西奥·瓦尔迪维亚·德尔加多合作。

艾玛·班克斯说:“往显微镜下看，看到我们标记了颜色的Bd1075形状蛋白(在图2中以红色标记)只进入了蛭弧菌细胞的一侧(外侧曲线)，这真的很酷。当我对Bd1075蛋白做了某些改变后，该蛋白就没有到达正确的位置。这有助于我们了解这种蛋白质是如何在弯曲的蛭弧菌细胞中定位的。”

艾玛发现，没有回飞棒形状的细胞侵入猎物细胞的速度要慢得多，而且它们也会以直线而不是曲线的形式在猎物细胞周围伸展。Bd1075的进化使这些入侵和细胞内生命过程更有效，更不容易失败。因此，蛭弧菌被帮助成功地在其他细菌内复制。

索科特教授解释说:“这些实验表明，这种细菌只是单细胞，没有神经或大脑，但它们确实对自己的形状、它们入侵的细胞的形状以及它们生长的球形捕食细胞环境有一种‘分子意识’。他们在这个过程中使用了Bd1075蛋白质——这对单个细胞来说是一个相当大的成就。”

随后，伯明翰大学洛夫林教授实验室的研究小组开始研究Bd1075蛋白质的结构。

洛夫林教授说:“我们从之前对其他蛭弧菌蛋白质的研究中知道，细胞壁修饰酶可以多样化，并以独特的方式应用于捕食者的生活方式。

“在这些研究中，我们关注的是进入猎物细胞的药剂，而不是那些保留下来供自己使用的药剂，但我们很高兴地看到，在分析Bd1075时，这些多样化原则被保留了下来。一旦毛里西奥获得了结构，我们可以看到，相对于其他形状生成酶，Bd1075有几个关键的变化，其中一个改变了用于将其活性引导到细胞中正确位置的口袋的长度和性质。

“将结构和遗传学显微镜方法结合在一起是非常令人满意的，这里的情况肯定是这样的——将修改后的Bd1075口袋修剪回其他系统中看到的长度，完全阻止了正常功能，正如艾玛在显微镜下看到的那样，这改变了独特的弯曲细胞形状。”

索科特教授补充道：“作为一个团队，我们总是有幸观察到进化的美丽，以及它给噬菌蛭弧菌带来的变化，使其成为其他细菌的有效捕食性入侵者。在考虑如何设计治疗性入侵者以对抗未来的病原体时，了解这些机制非常重要。”

Emma J. Banks, Mauricio Valdivia-Delgado, Jacob Biboy, Amber Wilson, Ian T. Cadby, Waldemar Vollmer, Carey Lambert, Andrew L. Lovering, R. Elizabeth Sockett. Asymmetric peptidoglycan editing generates cell curvature in Bdellovibrio predatory bacteria. Nature Communications, 2022; 13 (1)