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生物分子凝聚体调控细胞电化学平衡及其对细菌生理的影响
2024-10-16 09:12  点击:16
 近日,美国杜克大学生物医学工程系的Lingchong You与Ashutosh Chilkoti教授合作,在《细胞》(Cell)期刊上发表了一篇名为“生物分子凝聚体调控细胞电化学平衡”的文章。该研究揭示了生物分子凝聚体,如树脂样多肽(RLPs),在调节细菌细胞电化学环境方面的作用,并表明这些凝聚体可以放大细胞间的电化学性质变异。这些变化不仅影响了细胞与外界环境的互动,还在抗生素压力下影响了细菌的生存,并引发了基因表达模式的全局变化。
 
研究发现,RLP凝聚体能够通过在稀相和密相之间建立电位梯度,进而驱动氧化还原反应。这种现象可能会改变整个溶液的电化学平衡,并进一步影响细胞质内的电化学环境和细胞功能。
 
具体来说,研究人员观察到RLP凝聚体的形成使得细胞质的pH值变得更酸性,而凝聚体内则更加碱性。此外,RLP凝聚体降低了细胞质中的镁(Mg²⁺)和钙(Ca²⁺)浓度,但凝聚体内的镁浓度却是细胞质中的五倍。钠(Na⁺)则被排除在凝聚体外,导致细胞质中的钠浓度上升了19%,钾(K⁺)的分布则没有显著变化。相比之下,弹性蛋白样多肽(ELP)凝聚体对离子分布的影响较小。
 
此外,研究还发现凝聚体的形成能够调节细胞膜电位。含有RLP凝聚体的细胞表现出显著的膜电位超极化,其荧光信号强度是不含凝聚体细胞的7.5至10倍。凝聚体的形成还增加了膜电位的变异性,表明凝聚体通过调节细胞内电化学环境来影响膜电位。添加Mg²⁺和Ca²⁺可以减少这种超极化,提示这些离子在其中的作用。
 
凝聚体的形成还影响了细胞的生理行为。例如,含有RLP凝聚体的细胞在无抗生素环境中生长速度较慢,这可能是由于凝聚体的形成增加了细胞负担。然而,在抗生素存在的情况下,这些细胞对带负电荷的抗生素表现出更高的耐药性,但对带正电荷的抗生素变得更加敏感。
 
通过RNA测序,研究人员发现凝聚体的存在影响了1557个基因的表达,这些基因涉及离子转运、渗透压应激等多种重要途径。这表明,生物分子凝聚体不仅能够影响特定分子,还能够引发细胞基因表达的整体变化。
 
总之,该研究表明生物分子凝聚体通过选择性分配或排斥离子来调节细胞质的pH值和离子分布,进而影响膜电位和基因表达。这些调节作用对细胞行为产生了广泛的影响,并可能导致细胞间高度变异的行为模式。
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