ฟองน้ำทำครัวคือบ้านในฝันของแบคทีเรีย

ถามแบคทีเรียว่าต้องการอาศัยอยู่ที่ไหน พวกเขาจะตอบ: ขอฟองน้ำสำหรับทำครัว

ชื้น โปร่งสบาย และเต็มไปด้วยเศษอาหาร ฟองน้ำเป็นสวรรค์ของจุลินทรีย์ ฟองน้ำเหล่านั้นมีแบคทีเรียมากถึง 54 พันล้านตัวต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (หนึ่งในสิบหกของลูกบาศก์นิ้ว)! ยิ่งไปกว่านั้น ฟองน้ำยังให้จำนวนและขนาดของพื้นที่ใช้สอยที่เหมาะสมสำหรับแบคทีเรีย นักวิจัยได้แบ่งปันผลการวิจัยใหม่ของพวกเขาในวันที่ 10 กุมภาพันธ์ใน Nature Chemical Biology

เช่นเดียวกับคน แบคทีเรียชอบปฏิสัมพันธ์กับเพื่อนในระดับต่างๆ บางคนเป็นสังคม คนอื่น ๆ อยู่โดดเดี่ยวมากขึ้น Lingchong คุณสงสัยว่าการแยกจุลินทรีย์ประเภทต่าง ๆ จะส่งผลต่อการโต้ตอบของพวกมันหรือไม่ คุณเป็นนักชีววิทยาสังเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยดุ๊กในเมืองเดอรัม รัฐนอร์ทแคโรไลนา การแยกระดับปานกลางช่วยเพิ่มจำนวนแบคทีเรียประเภทต่าง ๆ ที่อาศัยอยู่ในชุมชน ตอนนี้เขาและทีมของเขารายงาน ระดับปานกลางนั้นคล้ายกับโครงสร้างของฟองน้ำ

นักวิจัยได้ทำงานร่วมกับแบคทีเรียหลายสายพันธุ์หรือหลายประเภทที่เรียกว่า E. coli ทีมงานวางสายพันธุ์ลงบนจานที่มีหลุมขนาดเล็ก 6 ถึง 1,536 หลุม บ่อน้ำคือช่องบนจานที่ใช้ปลูกจุลินทรีย์ แต่ละคนทำตัวเหมือนห้องจัดเลี้ยงคุณพูด แบคทีเรียถูกสุ่มไปยังบ่อน้ำ งานเลี้ยงดำเนินไปเป็นเวลา 30 ชั่วโมง จากนั้นทีมจึงนับจำนวนและชนิดของแบคทีเรียในแต่ละจาน

มาปาร์ตี้กันเถอะ

บนจานที่มีช่องเพียงหกช่อง แต่ละฝ่ายอาจมีอักขระที่คล้ายคลึงกัน ที่นั่น มีเพียงแบคทีเรียทางสังคมเท่านั้นที่จะอยู่รอดได้ คนที่ไม่เข้ากับคนอื่นอาจตายได้ แต่บนจานที่มีช่องใส่ของ 1,536 จุลินทรีย์แต่ละตัวอาจจะจบลงเพียงลำพัง ไม่สามารถคบกับแบคทีเรียชนิดอื่นได้ สังคมอาจพินาศ

ช่องจำนวนปานกลางควรเพิ่มโอกาสที่จุลินทรีย์จะเข้าร่วมงานเลี้ยงที่ต้องการให้มากที่สุด ตัวอย่างเช่น จุลินทรีย์ที่ต่อต้านสังคมอาจถูกจัดอยู่ในงานเลี้ยงที่เต็มไปด้วยนักสังคมสงเคราะห์ แต่จุลินทรีย์ที่ต่อต้านสังคมอื่นอาจจบลงที่การชุมนุมอันเยือกเย็นและอยู่รอด เช่นเดียวกับแบคทีเรียทางสังคม สุดท้ายบางคนก็ตาย บางคนจะมีชีวิตอยู่ มันขึ้นอยู่กับว่าจุลินทรีย์จะเข้าร่วมฝ่ายใด นั่นหมายความว่าแบคทีเรียบางชนิดบางชนิดสามารถอยู่รอดได้ และรักษาความหลากหลายของชุมชนทั้งหมด

ฟองน้ำทำครัวมีรูขนาดใหญ่และขนาดเล็กจำนวนมาก — ช่องสำหรับแบคทีเรีย พวกเขายังจัดงานเลี้ยงขนาดต่างๆ ซึ่งจะทำให้จุลินทรีย์มีความสุขมากขึ้น ดังนั้นนักวิจัยจึงตั้งสมมติฐานว่าฟองน้ำในครัวจะเป็นแหล่งรวมของแบคทีเรียที่หลากหลาย การทดสอบของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าฟองน้ำเป็นที่อยู่ของชุมชนแบคทีเรียที่หลากหลาย และมีความหลากหลายมากกว่าชุมชนที่พบในวัฒนธรรมของเหลว (วัฒนธรรมเหล่านี้เป็นวิธีการทั่วไปในการปลูกแบคทีเรียในห้องปฏิบัติการ)

โชคดีที่แบคทีเรียที่เลี้ยงในฟองน้ำของคุณส่วนใหญ่เป็นชนิดที่ไม่ก่อให้เกิดโรค แต่ถ้าแบคทีเรียที่เป็นอันตราย เช่น ซัลโมเนลลาจากไก่ดิบ ปรากฏขึ้น โครงสร้างของฟองน้ำอาจช่วยให้พวกมันอยู่รอดได้

Markus Egert กล่าวว่า “ฟองน้ำไม่เหมาะสำหรับสุขอนามัยในห้องครัว เขาเป็นนักจุลชีววิทยาที่มหาวิทยาลัย Furtwangen ในเมือง Villingen-Schwenningen ประเทศเยอรมนี เขาไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษา “ที่บ้านแทบไม่มีพื้นผิวปลอดเชื้อ แต่ [ในแง่ของจุลินทรีย์] ฟองน้ำในครัวน่าจะเป็นสิ่งของที่มีประชากรหนาแน่นที่สุดในบ้าน”

ข่าวดีก็คือมันง่ายในการแก้ปัญหา แปรงล้างจานเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่ามาก และถ้าคุณรักฟองน้ำของคุณ อย่าใช้สำหรับน้ำผลไม้จากเนื้อสัตว์ ไม่จำเป็นต้องเชิญแบคทีเรียร้ายมางานปาร์ตี้

ยีนชี้ว่าแบคทีเรียบางชนิดกินไฟฟ้าได้อย่างไร

นักวิจัยหวังว่าจะใช้พลังพิเศษของจุลินทรีย์นี้เพื่อเก็บพลังงานหรือผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ

แบคทีเรียสามารถมีพลังพิเศษ บางแห่งเจริญรุ่งเรืองในเกือบทุกสภาพแวดล้อม คนอื่นสามารถเปลี่ยนวัสดุที่เป็นพิษเป็นกากตะกอนที่ไม่เป็นอันตราย แบคทีเรียชื่อ Shewanella oneidensis สามารถทำได้ทั้งสองอย่าง แต่จุลินทรีย์นี้ยังมีมหาอำนาจที่หายากกว่ามาก: มันดูดซับและผลิตกระแสไฟฟ้า อันที่จริง การวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าแบคทีเรียเหล่านี้อาจใช้พลังงานที่รวบรวมจากลมหรือแหล่งสุริยะเพื่อผลิตเชื้อเพลิงเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะ และอื่นๆ

“ฉันคิดว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เป็นการกินไฟฟ้า” แอนเน็ต โรว์กล่าว เธอเป็นนักจุลชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยซินซินนาติในโอไฮโอ ทีมของเธอเพิ่งระบุยีนที่จุลินทรีย์ใช้ในการกินกระแสไฟฟ้า

อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุลบ กระแสที่เคลื่อนที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์รู้อยู่แล้วว่าชีวาเนลลาสามารถเคลื่อนอิเล็กตรอนไปมาข้ามผนังเซลล์ได้ แต่พวกเขาไม่รู้แน่ชัดว่าจุลินทรีย์ควบคุมกระแสของพวกเขาได้อย่างไร Rowe กล่าว

“เส้นทางของการรับอิเล็กตรอนเข้าและออกจากเซลล์เป็นเหมือนลวด” Rowe กล่าว “ช่วยให้กระแสไหลจากภายในสู่ภายนอก” เธอพูดย้อนกลับและ “คุณสามารถขับอิเล็กตรอนเข้าไปในเซลล์ได้” เซลล์สามารถใช้อิเล็กตรอนเหล่านั้นเพื่อทำงานอื่นได้ เช่น สร้างกระแส หรือจะเก็บพลังงานไว้ใช้ทีหลังก็ได้ อิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ในภายหลัง

Rowe รู้ว่า “ลวด” ของเซลล์ของ Shewanella ต้องถูกควบคุมโดยยีน แต่อันไหนล่ะ?

Buz Barstow สามารถช่วยได้ เขาเป็นวิศวกรชีวภาพที่มหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ อยู่ในเมือง Ithaca รัฐนิวยอร์ค ก่อนหน้านี้ เขาได้จัดทำรายการยีนของแบคทีเรียนี้เกือบ 4,000 รายการ รายการดังกล่าวยังรวมถึงการกลายพันธุ์หรือการเปลี่ยนแปลงในยีนเหล่านั้นด้วย Rowe ทดสอบการกลายพันธุ์เหล่านี้เพื่อค้นหายีนที่ประกอบเป็น “สายเซลล์” ของ Shewanella

ภายในเซลล์ ยีนสามารถลบออกได้ สำหรับการศึกษาครั้งใหม่นี้ Rowe และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ทดสอบกลุ่มแบคทีเรียที่มีกลุ่มยีนที่ถูกลบออกไป เป้าหมายของพวกเขา: เพื่อดูว่ายีนใดที่ถูกลบทำให้แบคทีเรียสามารถดึงอิเล็กตรอนได้ สิ่งเหล่านี้น่าจะเป็นยีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้าง “ลวด” ของเซลล์

นั่นไม่ใช่เรื่องง่าย “การหาการไหลของอิเล็กตรอนเป็นเรื่องยากมาก” และติดตามอิเล็กตรอน เธอกล่าว แต่ในเวลาต่อมาพวกเขาได้คิดค้นการทดสอบอันชาญฉลาด พวกเขาเติบโตแบคทีเรียกลายพันธุ์ต่าง ๆ บนกระจกที่ปกคลุมด้วยฟิล์มโลหะบาง ๆ จากนั้นพวกเขาก็ติดลวดกับแบคทีเรีย เมื่อพวกเขาส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายไฟ พวกเขาสามารถวัดได้ว่าแบคทีเรียดูดซับหรือเติมเข้าไปมากแค่ไหน หากอิเล็กตรอนไม่ไหล นักวิทยาศาสตร์รู้ว่ายีนที่ถูกลบต้องเป็นยีนที่จำเป็นสำหรับการไหลของอิเล็กตรอน

ต่อ​มา พวก​เขา​จำกัด​ยีน​ที่​ชีวาเนลลา​ใช้​เพื่อ​ดูด​ซับ​อิเล็กตรอน​ถึง​ห้า​ยีน. ยีนแต่ละตัวบอกเซลล์ถึงวิธีการสร้างโปรตีน โปรตีนบางชนิดอาจ “จับ” อิเลคตรอนและนำเข้าไปในเซลล์ คนอื่นอาจส่งสัญญาณภายในเซลล์ที่เป็นแนวทางในกระบวนการ ยังมีคนอื่น ๆ ที่สามารถขับอิเล็กตรอนออกจากเซลล์ได้

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ mplscon.com