微生物也可“预知”未来

大肠杆菌能够对环境变化作出预测。

面对环境刺激和压力的不断变化，微生物已然进化出了一套复杂的机制，用来响应环境的改变。它们所采用的一种最简单的策略其实是一种很直接的方法：监控环境变化，随后作出响应。以色列和美国科学家发现，尽管环境一直在变化，然而可以预期的是，基于一些前期信号而对环境变化作出的感知将为微生物提供一种进化的优势。日前，以色列雷霍沃特市魏茨曼科学研究所的Amir Mitchell等人详细论述了一种不对称的响应策略被用来与环境变化的单向时序起作用。在这种响应机制中，第一个刺激（S1）激活的不仅是它所指定的响应（R1），而且还有对第二个刺激的响应（R2），而第二个刺激（S2）将仅仅激活R2。为了在活的有机体中验证这种机制，研究人员将目光集中在肠道中的大肠杆菌对新陈代谢环境作出的响应。在穿过消化道的过程中，细菌会最先暴露在乳糖下，接着会暴露在消化道下部的麦芽糖中。研究人员发现，由麦芽糖激活的大肠杆菌的麦芽糖操纵子在暴露于乳糖的环境中时也能被诱发，尽管其程度较小。而重要的是，乳糖操纵子显然并不会对麦芽糖作出响应，这便意味着存在一种单向的适应性响应。当之前暴露于乳糖的细胞在麦芽糖的环境中生长时，作者同时还观察到了一种适应性的优势。如果这种环境条件的变化真的发生，那么这种准备工作将对生物体有利。相应地，当大肠杆菌细胞在高水平的乳糖环境中繁殖500代，其间未曾暴露在麦芽糖中，则适应响应便会消失，并且在对乳糖的响应中没有观察到麦芽糖操纵子的活化。研究人员在最近出版的《自然》杂志上报告了这一研究成果。研究人员在利用酿酒酵母进行的一项实验中也观察到了类似的结果，当从发酵向氧化呼吸转化后，其在发酵过程中产生的氧自由基水平达到了潜在致命的程度。研究人员发现，暴露在由发酵过程产生的热应激压力下，会导致应对氧化压力的交叉保护。利用微阵列分析，研究人员鉴别出了与这一特性有关的候选基因。这些数据表明，对环境刺激的预期是原核微生物与真核微生物在细胞水平上进化出的一种适应特性。（来源：科学时报群芳）