“魚的記憶力很短，才3秒鐘。”《歲月神偷》里的經(jīng)典臺詞，如今早已被科學(xué)證明并不準(zhǔn)確。可是，如果有人告訴你，不僅魚有很長的記憶力，就連肉眼看不到的細(xì)菌也有記憶力，還能傳給“后來人”，你會信嗎?近日，天津大學(xué)化學(xué)院教授趙坤和美國研究人員合作發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌細(xì)胞中存在著一種記憶因子，能將感官記憶“代代相傳”。

無腦細(xì)菌靠刺激獲取記憶

沒有中樞神經(jīng)，更沒有大腦，細(xì)菌們?nèi)绾螕碛谐瑥?qiáng)的代際傳遞記憶力?帶著好奇，記者采訪了趙坤教授。

“我個人一直認(rèn)為細(xì)菌是有‘記憶’的，它們的后代能夠記住祖先的表面感應(yīng)信號。”趙坤說。從2009年開始，趙坤就一直從事細(xì)菌方面的研究，這次以綠膿桿菌作為研究對象的實驗已持續(xù)了多年，研究思路也幾經(jīng)變化調(diào)整。趙坤解釋說，細(xì)菌沒有中樞神經(jīng)系統(tǒng)，所以這種“記憶”并不是我們通常所說的人類認(rèn)知意義上的大腦記憶。

實際上，國際上已有研究發(fā)現(xiàn)部分微生物具有短暫的“記憶”行為。早在2016年，瑞士科學(xué)家曾發(fā)現(xiàn)，淡水和海水中廣泛存在的新月桿菌群體，在遭受外界某種警告事件(如鹽脅迫)時能夠產(chǎn)生一種集體記憶，從而增加它們的環(huán)境脅迫耐受性。

“這類集體記憶行為，其實質(zhì)多數(shù)是基于對外界化學(xué)信號濃度梯度的感應(yīng)而產(chǎn)生，存在的時間相對較短。”趙坤說，“與以往研究最大的不同在于，我們的研究第一次追蹤到了單個細(xì)胞整個譜系的行為，發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的記憶秘密。細(xì)菌細(xì)胞能使通過表面感知而激發(fā)自身的一個信號分子濃度增加，將其作為一種‘記憶’信息，這種信息還可以在多代之間傳遞，從而幫助后代們更快更好地適應(yīng)環(huán)境。”

首次找到細(xì)菌生物被膜成因

記者了解到，趙坤和美國同行選擇的綠膿桿菌菌株，可以在囊性纖維化患者的呼吸道中形成生物被膜，并導(dǎo)致持續(xù)的感染，是可致命菌。這種細(xì)菌還可在人工髖關(guān)節(jié)等外科植入物上形成細(xì)菌生物被膜，導(dǎo)致植入物失效和人體感染。

記者查閱資料發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌生物被膜是引起細(xì)菌持續(xù)性感染的常見致病機(jī)制，大約60%的臨床感染病例，都與細(xì)菌生物被膜的形成有關(guān)。但在早期的生物被膜形成過程中，可逆轉(zhuǎn)和不可逆的連接是如何聯(lián)系在一起的?這些概念雖然早在上世紀(jì)30年代就被提到，可科學(xué)家們花了近90年的時間，如今才第一次真正了解它們?nèi)绾螖y手合作，幫助推動早期細(xì)菌生物被膜的形成。

趙坤還介紹說，對于細(xì)菌的表面附著，以往人們通常認(rèn)為，是細(xì)菌通過增加自身的黏度(比如分泌多糖)來增加表面附著的幾率，這是細(xì)菌的一個靜態(tài)適應(yīng)過程，但這次研究徹底顛覆了以往的簡單認(rèn)識。他們在研究中首次發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的信號分子循環(huán)性AMP的表達(dá)，以及IV型菌毛(參與細(xì)菌細(xì)胞活動的附屬物)的活動水平，這兩個事件是有節(jié)奏地互相連接的，兩個事件之間僅僅相隔幾個小時。“細(xì)菌通過這種有節(jié)奏的模式來感覺和記憶，這是它們能夠決定何時停止運(yùn)動、靜止下來、不可逆地附著于一個表面，最終形成生物被膜的關(guān)鍵。”趙坤略顯興奮地說，“如果我們能理解并掌握細(xì)菌的這種記憶力代際傳遞，那有可能增強(qiáng)我們控制細(xì)菌群體的能力。”

超級細(xì)菌或不再難對付

記者了解到，早在這個研究結(jié)果出來前，趙坤團(tuán)隊還曾在《自然》上發(fā)表過另一項針對細(xì)菌記憶的相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)并證明了細(xì)菌可以記住它們曾去過什么地方，從而可以幫助它們更容易形成細(xì)菌菌落。這一次的研究則是從更基本的層面揭示了細(xì)菌細(xì)胞可以記憶它表面感知的信息。趙坤認(rèn)為，他們的研究工作未來對人類更好地理解生物被膜，特別是其早期階段的形成機(jī)理，繼而更好地預(yù)防和治療由生物被膜引起的細(xì)菌感染會有積極意義。

“這項研究還對未來如何阻止細(xì)菌的表面附著提供了一種全新思路。”趙坤說，“我們不僅僅要考慮細(xì)菌的黏度，今后還可以通過使細(xì)菌‘遺忘’的方式來降低細(xì)菌的表面附著，進(jìn)而更好地控制細(xì)菌感染。讓我們更好地理解病原體如何能夠?qū)股禺a(chǎn)生耐藥性，這也將有助于我們更好地應(yīng)對目前面臨的對抗生素免疫的‘超級細(xì)菌’難題。”