Nature子刊：在复杂和动态的环境中跟踪细菌谱系

2021年5月22日讯/在自然环境中，细菌会经历一段时间的饥饿和压力，被新营养物质的到来打断，然后随着细胞的生长和分裂再次耗尽。因此，细菌进化出了许多机制来帮助自身度过衰落期，开发生长期。传统的研究方法是将稳定期细胞接种到新鲜培养基中，然后沿着生长曲线回到稳定期。然而，批处理试验考虑的是细胞的平均特性，而单细胞研究揭示了巨大的细胞间的异质性。由于异质性是如此重要，并深刻地改变了应激细胞的命运，针对细菌应对刺激和饥饿的有效研究应能理想监测单个细胞如何进入和退出稳定阶段。剑桥大学和哈佛医学院的学者对此进行了研究。

在该研究中，研究人员开发了一个平台，用于在密集的和不断变化的培养基中跟踪超过105个平行细胞谱系，独立验证了成像细胞可以紧密地跟踪批量种群。

最初的应用表明，对于大肠杆菌和枯草芽孢杆菌，生长从指数阶段的"adder"模式转变为混合的"adder-timers"模式并进入稳定阶段，然后在退出时一个近乎完美的"sizer"--在稳定阶段创造广泛分布的细胞大小，但在退出时迅速回到狭窄分布的大小。此外，在进入稳定阶段时经历更多分裂的细胞在长时间休眠后存活率降低，但这也是观察到的唯一经过抗生素处理后仍然存在的细胞。

图 细胞沿生长曲线的生理特性和基因表达的精确高通量测量

最后，微生物的成功依赖于它们利用生长期和衰落期的能力，但是迅速感知和适应环境变化可能具有挑战性。细胞可能无法在药物突然到来时存活下来，除非它们已经处于耐药休眠状态；相反，它们可能无法在新资源耗尽之前利用它们，除非它们已经准备好立刻生长和分裂。因此，克隆群体可以从对冲赌注中获益，并确保单个细胞为不同的未来环境做好准备。当细胞进入和退出稳定期时，也确实观察到了高表型异质性。

（生物谷Bioon.com）

原文出处：Bakshi， S.， Leoncini， E.， Baker， C. et al. Tracking bacterial lineages in complex and dynamic environments with applications for growth control and persistence. Nat Microbiol (2021). https：//doi.org/10.1038/s41564-021-00900-4