研究人员解开了休眠细菌如何复活的谜团

细菌是有弹性的生物体，能够改变它们的新陈代谢，进入休眠状态，从而使它们能够长期存活。称为孢子的休眠细菌能够在长时间后恢复生机，甚至可以承受极端压力和温度。然而，研究人员一直试图发现细菌如何感知环境变化并采取行动打破休眠状态。现在，哈佛医学院(HMS)的研究人员发现了一种新型细胞传感器，它可以让孢子检测环境中是否存在营养物质，并迅速恢复生机。

他们的发现发表在《科学》杂志上一篇题为“细菌孢子萌发受体是营养门控离子通道”的文章中，并可能为疾病预防开辟新途径。

“这一发现解决了一个存在了一个多世纪的难题，”该研究的资深作者、HMS布拉瓦尼克研究所微生物学教授DavidRudner博士说。

一个多世纪以来，科学家们已经知道，当孢子检测到环境中的营养物质时，它们会迅速脱落保护层并重新启动新陈代谢引擎。尽管使它们能够检测营养物质的传感器大约在50年前就被发现了，但传递唤醒信号的方式以及该信号如何触发细菌复苏仍然是个谜。

在大多数情况下，信号依赖于代谢活动，并且通常涉及编码蛋白质以制造特定信号分子的基因。然而，这些过程在休眠细菌内部都被关闭，这引发了信号如何诱导休眠细菌醒来的问题。

在这项研究中，科学家们发现营养传感器本身组装成一个管道，可以打开细胞。作为对营养物质的响应，导管(一种膜通道)打开，允许离子从孢子内部逸出。这引发了一系列反应，使休眠细胞能够脱掉其保护性盔甲并恢复生长。

科学家们使用人工智能工具来预测折叠传感器复合体的结构，该结构由相同传感器蛋白的五个拷贝组成。他们应用机器学习来识别构成通道的子单元之间的相互作用。他们还使用基因编辑技术诱导细菌产生突变传感器，以此来测试基于计算机的预测如何在活细胞中发挥作用。

“我喜欢科学的一点是，当你做出发现时，突然间所有这些毫无意义的不同观察结果突然就位，”Rudner说。“这就像你在拼图，你找到一块拼图的位置，然后突然之间你可以很快地拼出六块拼图。”

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