科學家在實驗室實驗中培養了微生物，他們進化出了一種新的感覺

一項新的研究表明，當細菌在實驗室中暴露于不同的極端環境時，會對酸水平產生更高的新敏感性。

這種感覺觸發了一連串不同的基因表達，使微生物能夠將自己重新配置到不斷變化的極端情況。

從最小的細胞到最大的鯨魚，所有生命都面臨著不斷變化的和循環環境條件.

為了更好地了解我們如何在生理上彎曲到這種極端，納什維爾范德堡大學的微生物學家 Sarah Worthan 和她的團隊推動了大腸桿菌細菌達到極致。

一些細菌種群能夠快速進化出幫助它們茁壯成長的基因突變。癌癥也利用生成的 mutation，為自己創造一個更有利的環境。

“我們的結果表明 [這些突變] 可能有助于通過 pH 感應快速協調復雜的生理反應，并闡明細胞群如何利用環境線索來協調對復雜、波動環境的快速反應，”研究人員寫在他們的論文里.

Worthan 及其同事通過暴露 16 個大腸桿菌在將它們轉移到營養豐富的新鮮環境中并重復該過程之前，會進行一陣又一輪的極端、長期的饑餓。

隨著微生物挨餓，代謝廢物積累，導致其環境 pH 值發生劇烈變化。然后，每 100 天用新的資源重新開始細菌，復制現實世界中生活經常面臨的盛宴和饑荒循環。

單個蛋白質構建單元的變化在其中 7 個細菌種群中如雨后春筍般涌現并傳播，其中大部分僅在實驗的前 300 天內。這種氨基酸從精氨酸更改為組氨酸發生在 Rho 蛋白中——一種參與告訴細菌的蛋白質制造機制何時停止生產的分子。

“這種柔在我們的實驗室進化培養物中反復出現，”解釋范德堡大學微生物學家梅根·貝林格。

“我們返回基因組數據，注意到柔與名為 'ydcI.'對這個基因知之甚少，但最近的研究表明它可能在 pH 穩態中發揮作用。

正常的 Rho 蛋白有助于細菌細胞在盛宴狀態下表現得更好，但當其所有者面臨饑荒時，它是一個障礙。Worthan 和團隊發現突變ydcI使細胞能夠更好地耐受 Rho 蛋白的變化。

這ydcI突變似乎對 pH 值的變化有反應。因此，它充當一個開關，由環境的變化打開，以觸發單個單元格內的變化。

“盡管細菌通過其細胞外環境相互相互作用，但單個細胞對其細胞內環境有一定的控制權，”說布拉頓。

這些基因協同工作，使細胞更容易在生理上彎曲以適應不斷變化的環境條件。該團隊在自然界中發現了幾個相同機制的例子。

“我們在這種被忽視的病原體中發現了它，桿菌狀巴爾通體，這會導致南美洲安第斯山谷的腐肉病，”說貝林格。

“這種細菌已經知道 pH 值因為它在通過沙蠅媒介傳播時，必須從高 pH 值的昆蟲腸道迅速調整到人類血液的中性 pH 值。

善于適應有助于細胞勝過其他細胞，正如我們所看到的癌癥.癌癥似乎也利用類似的機制來提高其內部 pH 值，產生不同基因表達的級聯反應，然后用于重塑周圍的細胞環境。

這些結果說明了“實驗進化在識別與自然環境相關的功能重要突變方面的力量”，Worthan 和團隊結束.

這項研究發表在美國國家科學院 （PNAS.

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