PNAS十个细菌小故事（上） | 科学人 | 果壳网 科技有意思
PNAS十个细菌小故事（上）
鞭毛有什么作用？人的气味和细菌有关么？噬菌体是什么？什么是沙门氏菌？没有鞭毛的细菌怎么移动？
图片来源于网络
（文/陈俊尧）从大气、云雾、动植物到温泉、沙漠、化粪池，都专家在研究那个舞台上细菌主角的故事，可是没有一个人胆敢说自己有能耐追踪细菌在这么多各领域留下的“风流韵事”。想想过去这年常常在美国国家科学院期刊PNAS上看到有趣的细菌事迹，我决定重新认真检查今年出现在上头的研究。在读了符合初选条件的998篇论文标题后，选出了自己觉得最好玩的10篇故事，推荐给各位朋友们。过去这一年里我经常是对着这类研究报告进入梦乡，新的一年睡不着的时候或许它们还可以派上用场。
大睡袋优雅滑行
过年一定要睡到饱，最好是拿个大睡袋把自己从头到脚封起来，谁都不可以来吵。说到这，你有没有玩过把自己封在睡袋里，然后再试着往前进？你一定得伸出手往外挤，从外面看就是睡袋肿了个包，不过光靠这突起来的包，睡袋怪兽还是可以往前慢慢移动的。
现在要讲的这篇研究解开了困惑学界数十年的大谜团。Myxobacteria这类细菌会移动，可怎么移动的一直没人能解答。细菌的运动要靠鞭毛，可是这些细菌根本没有这构造。如果把它们放到光学显微镜底下观察，会看见这细菌轻轻滑过玻片表面，好像啥也不用做就能保持前进，优雅得很，也因此得到了“滑走细菌(gliding bacteria)”的称号。
这篇研究里发现这群细菌的细胞里有很多个AglR蛋白。这些蛋白在细胞膜底下沿着轨道运行，从细胞外面看像是小突起划着螺纹轨迹移动，帮助这只细菌在固体表面前进，就像睡袋里的你可以持续缓慢优雅地向床尾前进一样。不过如果你要做这个实验，请注意摔下床时不要以头着地。
图出自原研究。
长尾巴的好处
很多细菌随着水四处迁徙，直到找到不错的地方待下来，开始定居生活。住下来的细菌为了保护自己，会用大量多醣类在细胞外堆出惊人的城堡，叫做生物膜(biofilm)。我们经常发现浴室物品表面滑滑的，就是借住在你家浴室的细菌的生物膜公寓。浴缸上的生物膜拿块菜瓜布就解决了，可如果这生物膜出现在海底管线或医疗管线中，那就是大问题了。所以很多人都在想办法阻止细菌黏上这些设备。要阻止细菌附着，用抗生素是个方法，但不是每个状况都能用，而且效果通常没那么好。
这篇研究里作者发现有花纹的平面，受测的大肠杆菌比较不容易附着。不过，只在测试的两小时内效果显著，一旦时间拉长，在花纹面上的细菌附着的比在光滑面上附着的还要多。这很像龟兔赛跑里强弱互换的情节。原来一开始有花纹的平面在纹路沟槽里会抓住小气泡，与水相斥，所以细菌比较容易黏在光滑面上。接着细菌分泌某些物质增加亲水性，让自己可以贴在这些平面上。这时两种平面就该打成平手，一样好黏。随后，神奇的事发生了，研究人员发现受测的细菌会把鞭毛卡进沟槽里增加附着的面积，这样就抓得更牢了。原本以为花纹面可以阻挡细菌附着的，没想到却是反效果。这次这场比赛人是输了，我们期待下一回合吧！
图出自原研究。
噬菌体：免疫系统最前线？
想要对付敌手的进攻，把它怕的东西抓来守大门就对了。这篇研究讲的就是这一个道理，可是它却发生在一个我完全没想到情境上。这实在是个太大胆的推论，忍不住要跟大家分享。
故事起因于一群海洋病毒学家发现的一个现象：在海洋动物的黏液里，有大量的噬菌体的基因。进一步比对发现从海葵多毛类到鱼类人类都有这个现象。他们回实验室用能分泌黏液的人类细胞株进行测试，发现这些细胞果然可以留住比较多的T4噬菌体。
动物的黏液被认为只要用来对付外界微生物的屏障，为什么和猎杀细菌的噬菌体有关？难道这样可以用来对抗细菌的进攻吗？他们在这些能分泌黏液的细胞上先加T4噬菌体附着在黏液里，再加入大肠杆菌，结果发现因为噬菌体的关系，成功留在动物细胞上的细菌数量显著变少。
这群研究人员证实了噬菌体可以利用外鞘蛋白里hoc基因产物里的类抗体区段(Ig-like domain)来和人类黏液蛋白(mucin)结合。接着他们遍寻前人的基因数据库，发现类抗体区段的基因真的在各种黏液样本里出现的机率比较高。这下清楚了：动物黏液里有大量黏液蛋白，而噬菌体的外鞘上有类抗体区段可以和黏液蛋白结合而被拉住。噬菌体长得像登月小艇，外鞘蛋白里包着DNA，用尾部感染细菌。黏液拉住了噬菌体的头，把尾部朝向外面的敌人。如果有细菌胆敢进攻，一定会先接触到噬菌体的尾部而被攻击。
虽然这个假设还有一些不确定的地方（请看这篇解析），不过看起来是个相当可行的假设。我们动物是不是利用黏液来收编噬菌体，当做免疫系统的佣兵呢？
静静听，偷偷用
沙门氏杆菌在人类造成伤寒或肠胃炎，经由受到粪便污染的食物进入人体，是典型的病从口入型小恶魔。最近几年这群细菌的神奇本领一项一项被发现，这篇研究谈的就是其中的一种。
过去研究已经知道大肠杆菌会制造吲哚(indole)，而且对大肠杆菌来说，吲哚是个警告讯息, 细菌在侦测到附近有吲哚时会提高警戒, 其中一项改变就是制造并启动外送帮浦蛋白来对付抗生素。在细菌族群里如果有一个细菌发现附近有抗生素出现, 便会快速释出吲哚，警告其它同伴们赶快应变，就像群居的土拨鼠会用叫声告诉同伴敌人来了快躲起来一样（有兴趣的人可以试试这个连结）。
沙门氏杆菌没有制造吲哚的能力，演不出一场感人的舍己救人的好戏。它的手段更高明：偷听人家的就好了。当有抗生素出现在动物肠道里的时候，在地居民大肠杆菌会发挥守望相助的精神警告同伴，大家赶快启动保命机制。而沙门氏杆菌是外地来的坏人，学会了大肠杆菌的化学语言，只要听到大肠杆菌的警戒信号了，自己也赶快武装起来。肠道里是一定会有大肠杆菌的，所以沙门氏杆菌可以放心地把命交在这些在地居民的身上。
图出自原研究。
是不是朋友？让我多闻一下
你一定有过类似的经验，人有味道，有些人的气味就是会让你特别“坐立难安”想扑上去，有些人的气味就让你觉得不喜欢想逃避。
接下来介绍的这篇就是有关气味的研究。这是个后续研究。这群学者在 2012 年发表了第一集，现在收集了更多证据回来发表了第二集。他们在 2012 年时证实一个学界猜想很久但苦无直接证据的假说。哺乳类动物可以利用气味来辨识族群，但是同一个物种的动物，如何能制造出这种随族群，甚至随个体而改变的独特气味？答案是，靠身上的细菌把皮肤分泌的油脂发酵代谢成短链脂肪酸。每个人、每只动物皮肤上带的细菌组成不一样，而这个差异可能就决定了短链脂肪酸的组成。这些短链脂肪酸是会挥发的，于是变成了动物可以用嗅觉辨别的气味。同一族群的个体生活在一起，彼此间接触机会多，身上带的细菌组成比较像，就会带有比较熟悉的气味。
他们在 2012 年证实4群在肯尼亚的斑点鬣狗(spotted hyena)在气味腺各自有自己族群独特的细组成。这次他们带来更清楚的证据来支持这个“发酵气味假说”。这次研究包括一群 斑点鬣狗和两群条纹鬣狗(striped hyena)。结果发现3群鬣狗在气味腺的细菌组成不相同，斑点鬣狗和条纹鬣狗差异很大。他们同时也看短链脂肪酸的组成差异，发现趋势跟菌相组成相近。在同一族群里的个体也会因为性别、年纪及生殖周期而有菌相及短链脂肪酸组成上的明显差异。这个研究进一步证明了哺乳类的确有利用细菌创造各门派独特气味的能力。“友多闻”要有新定义了，下次认识新朋友时，记得要多闻一下。
斑点鬣狗。图片来源于网络。
文章转载自，部分文字有改动。
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Nan B, Bandaria JN, Moghtaderi A, Sun IH, Yildiz A, Zusman DR. Flagella stator homologs function as motors for myxobacterial gliding motility by moving in helical trajectories. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Apr 16;110(16):E1508-13. doi: 10.1073/pnas..
Friedlander RS, Vlamakis H, Kim P, Khan M, Kolter R, Aizenberg J. Bacterial flagella explore microscale hummocks and hollows to increase adhesion. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Apr 2;110(14):5624-9. doi: 10.1073/pnas..
Barr JJ, Auro R, Furlan M, Whiteson KL, Erb ML, Pogliano J, Stotland A, Wolkowicz R, Cutting AS, Doran KS, Salamon P, Youle M, Rohwer F. Bacteriophage adhering to mucus provide a non-host-derived immunity. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Jun 25;110(26):10771-6. doi: 10.1073/pnas..
Vega NM, Allison KR, Samuels AN, Klempner MS, Collins JJ. Salmonella typhimurium intercepts Escherichia coli signaling to enhance antibiotic tolerance. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Aug 27;110(35):14420-5. doi: 10.1073/pnas..
Theis KR, Venkataraman A, Dycus JA, Koonter KD, Schmitt-Matzen EN, Wagner AP, Holekamp KE, Schmidt TM. Symbiotic bacteria appear to mediate hyena social odors. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Dec 3;110(49):19832-7. doi: 10.1073/pnas..
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有意思，哈哈，槽点很多。今晚应该有很多生物会把鞭毛(?)卡在一个缝里好让自己不被甩掉来自
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全部评论(8)
有意思，哈哈，槽点很多。今晚应该有很多生物会把鞭毛(?)卡在一个缝里好让自己不被甩掉来自
前排，有生以来第一次
引用文章内容：有些人的气味就是会让你特别“坐立难安”想扑上去至今还没碰上想让我扑上去的气味/人，难道我是外星人？
引用文章内容：其中一项改变就是制造并启动外送帮浦蛋白来对付抗生素帮浦蛋白。。。翻译都去过情人节了吗……这是泵啊= =
语文表达能力达到了小学三年级水平。来自
看了这篇文章，我突然有一种冲动，就是买一本关于介绍细菌、病毒等微生物的书籍看看，其实这些看不见的生命遍布我们人体四周
引用 的话：帮浦蛋白。。。翻译都去过情人节了吗……这是泵啊= =幫浦在台湾用得多嘛。“泵”这个字也不过是借来音译pump的，虽然译得好像完全不留痕迹。我所知的唯一的音译痕迹就是激光技术里对pump还经常翻译成“泵浦”，算是音译味很浓了。这里pump是指的那个动作，单用一个“泵”字大概不符合语感就索性用两个字的“泵浦”了。
这文章是有多么无聊啊……引用文章内容：过去这一年里我经常是对着这类研究报告进入梦乡，新的一年睡不着的时候或许它们还可以派上用场。
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(C)2013果壳网&京ICP备号-2&京公网安备投稿PNAS的后门关上了
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工作太忙已很久不写博客。包括Ebola、吃蝙蝠以及科学评价体系等题目，博文都没有写出来。只是靠记者帮忙，才把我的部分观点以不同的途径传播（参见下列参考文献）。趁出差前一点时间，简单将投稿PNAS的题目写下来吧。几年前PNAS改革投稿方式，取消由院士推荐投稿，但留下一个尾巴，允许作者预先与院士联系，再由编辑部邀请该院士作出审稿安排。我当时就批评这种通过“Prearranged Editor”的投稿方式为换汤不换药，还被科学网的个别网友吐槽。几年下来，PNAS经过统计分析，已于2014年10月正式让这种变相推荐的投稿方式寿终正寝。在我看来，这算是把靠关系投稿PNAS的后门关上了。五年前我断定“这一预先安排的编审模式，早晚还会成为改革的对象”，不幸言中。回过头看，也许五年前的改革，正是为今天所作的铺垫。只是我等凡人，当时还未能体会到主编们的良苦用心。不论中外，分步改革减少阻力，乃是制胜之道。无论如何，PNAS投稿方式的进步，仍然可喜可贺。比我更上一辈的国际学者知道，PNAS曾经是同Nature、Science地位完全相同的学术刊物。几经沧桑发展至今，其学术水平与Nature、Science、Cell以及它们的大多数子刊相比，都已相差一大截。一部曾经位处巅峰的杂志为何渐失优势，究竟是受人情与后门所累，还是受院士的学术眼界所限，也许见仁见智。今天在国际上经营学术刊物的既有商业机构，也有非牟利组织，其竞争非常激烈。传统期刊受到新办期刊及网络期刊的挤压，如果不能审时度势，与时俱进，终将失去旧日的荣光。连PNAS这样的龙头老大，也在积极应对，其他专业性的期刊再固步自封就只能等待被淘汰的一天。参考文献： (PNAS公告)&(2009年旧文“PNAS投稿方式的改革换汤不换药”) (捕食蝙蝠 损了生态害了自己) (中国科学评价问题)&
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发PNAS还是JACS？
一篇文章，被N子刊给据了，老板说投PNAS还是JACS我决定，大家觉得哪个好？以后想回国发展，不知道国内是PNAS管用还是JACS管用。手头已经有一篇PNAS了，不过还没发过JACS。对我们组来说，发JACS比发PNAS也容易一点。
还是发jacs吧，个人感觉在认可度方面，jacs要更高点
而且你已经有一篇pnas了，以后写简历的时候写自己发过的杂志，还有jacs，别人一看都是顶级期刊。。。。
顺便说下，你们组真牛！:hand: 楼主继续造牛文啊！这个时候仅看IF不够的，有学者认为PNAS较JACS档次高，而且看JACS和PNAS哪份期刊上国人的文章多和少，在国内受欢迎程度就明白了 :hand:厉害 还是建议你投PNAS吧，国内JACS去年发了300多篇，还有一个地位相当的Angew Chem去年也是300多篇。PNAS发不了几篇，拿来唬人的话，国内还是PNAS更管用。当然没有贬低JACS的意思，只是相对来说国内PNAS更少些 PNAS国内的影响力应该不如JACS，而且你们发JACS容易些就要争取一枪命中，省的浪费精力浪费时间 化学类毫无疑问是JACS
生物嘛就无所谓了都差不多 哪个没有发哪个 这两个期刊从走势看，PNAS已经处于停滞状态，而JACS是上行的，上面的论文越来越生物。
从论文质量看，PNAS关注广泛的共性的问题，而JACS关注专业性和一定的化学。
要是我，我会选JACS，因为PNAS审稿周期太长了。 如果是搞化学的，果断JACS 就一个字：牛
那个都行 你牛的已经不是人了 毫无疑问的PNAS啊~~难度不在一个数量级的。 pnas我是知道的。但是jacs没有听说过。。。。。。什么是jacs啊？ 都是牛人啊 那就JACS吧。 : Originally posted by moonriver2008 at
毫无疑问的PNAS啊~~难度不在一个数量级的。 :hand:呵呵。大部分人还弄不清国内行情 发JACS，到时候简历介绍都可以加一个牛刊，何乐而不为？PNAS投稿方式的改革换汤不换药
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PNAS表示从2010年7月起取消由院士推荐其他人发表论文的投稿方式，国内外许多评论认为这一改革消除了院士将质量较次的论文推荐发表的弊端。据PNAS的主编Randy Sheckman院士表示，虽然大多数院士编委及80%以上的院士支持这一提议，但提议通过后他还是接收到很多抗议声音。自古改革难，看来这一换汤不换药的半吊子改革也不容易。
从表面上看，院士以后就不能再为所欲为地推荐他人的论文发表在PNAS。但是，PNAS保留了另一规则，就是作者可以与院士联系，预先取得院士同意作为编审，然后通过编辑部安排同行评议并由院士作出终审决定。这种所谓的预先安排模式(Prearranged Editor)，其实与由院士推荐的所谓&Track I&模式并无本质区别。事实上很多熟悉规则的作者和院士早就习惯于走这样的&后门&，神不知鬼不觉就从这一特殊的&Track II&模式混进来，并且不必占推荐的名额。这一弊端现在不但没有革除，反而更加名正言顺，堂而皇之。正是此类&后门&论文再加上由院士自己作为通讯作者的原有&Track III&论文，在一定程度上降低了PNAS的学术档次和水平。长此以往，它的学术声誉和水平也很难有大的提高。
院士也是人，人是感情动物，人也会有私心。由院士将被其他杂志（例如JBC或JVI）拒稿的论文转到PNAS发表，就我知道的就有好几例。这类情况今后也很难完全杜绝。从正面的角度来说，这样的稿件也确有质量高贡献大的论文，但我估计质量不高的&人情论文&和&后门论文&也会有不少。PNAS的这一预先安排的编审模式，早晚还会成为改革的对象。对此，我们拭目以待。
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