两项新研究揭示了微生物移动的意外方式，这些发现可能影响我们对人类健康和疾病的理解。
亚利桑那州立大学的新研究揭示了细菌在鞭毛（通常推动它们前进的细鞭状结构）无法工作时使用的意外策略。
细菌能够在表面移动对它们至关重要，因为它允许它们构建群落、到达新环境或避免有害条件。了解这些微生物如何实现这一点可以指导预防和治疗感染的新方法。
“冲刷移动”的发现
在第一项研究中，纳维什·瓦德瓦及其团队发现，沙门氏菌和大肠杆菌在鞭毛被禁用后仍能在潮湿表面上扩散。在消化糖分时，微生物产生酸性副产品，将表面水分向外拉。这形成了温和的水流，将细菌向前推，类似于树叶沿着浅溪漂流。
“我们对这些细菌在没有功能性鞭毛的情况下仍能在表面迁移的能力感到惊讶。事实上，我们的合作者最初将此实验设计为‘阴性对照’，意味着我们预期（一旦鞭毛缺失）细胞不会移动，”瓦德瓦说。“但细菌毫无障碍地迁移了，仿佛一切正常，这促使我们开始了为期多年的探索，以了解它们是如何做到的。”
“这恰恰表明，即使我们认为自己已经搞清楚了某些事情，惊喜往往就在表面之下，或者在本例中，在表面之上。”
瓦德瓦是亚利桑那州立大学机制进化生物设计中心的研究员和物理学系助理教授。
该研究发表在《细菌学杂志》上。该论文被期刊选为编辑推荐，突显了研究的重要性。
糖驱动移动的影响
当细菌分解葡萄糖、麦芽糖或木糖等糖分时，它们会释放乙酸盐和甲酸盐等酸性副产品。这些物质从表面吸取水分，并形成携带细菌向外的小水流。这种运动完全依赖于可发酵糖。如果糖分缺失，微生物就无法使用此方法移动。体内含有大量糖分的环境，包括粘液，因此可能使有害细菌更容易扩散并引发感染。
研究人员还测试了称为表面活性剂的类似洗涤剂的化合物如何影响这种运动。当向菌落添加表面活性剂时，细菌停止了冲刷移动。然而，相同的化合物对群集运动没有影响，群集运动是一种由鞭毛驱动的快速协调运动，使细菌能在潮湿表面上快速移动。这些结果表明，冲刷移动和群集运动依赖于不同的物理过程，表面活性剂可能被用于根据它们使用的模式专门减少（或增加）细菌移动。
细菌即使在正常游泳机制受损的情况下也能定植表面，这对人类健康具有重要意义。一些微生物可能通过在医疗导管、植入物和医院设备上冲刷移动而扩散。仅阻断鞭毛可能不足以阻止它们。相反，我们可能需要干扰它们用于驱动这种移动的化学过程。
大肠杆菌和沙门氏菌都可引起食源性疾病。知道它们可以通过被动水流在表面上扩散，可能有助于改进食品加工厂设计清洁协议的方式。而且由于冲刷移动依赖于发酵和酸性副产品，改变表面pH值或糖分可用性的策略可以减少细菌定植。研究表明，简单的酸度变化就足以改变细菌的移动方式。
类似的情况也可能发生在体内，那里像肠道粘液、伤口液体或尿路等潮湿表面为细菌创造了有利条件。在这些地方，细菌即使在鞭毛不能很好地工作时也可以使用冲刷移动来扩散。
黄杆菌中的分子“齿轮切换”
在第二项研究中，通讯作者阿比谢克·什里瓦斯塔瓦及其同事研究了一种称为黄杆菌的细菌。与大肠杆菌不同，这些细菌不会游泳；相反，它们使用一种称为9型分泌系统（T9SS）的机器在环境和宿主相关表面上导航，该系统推动分子传送带。
通常，T9SS帮助这些细菌在表面上滑行。它通过在细胞体周围移动涂有粘合剂的传送带，像微型雪地摩托一样将细菌向前拉。研究人员发现，一种称为GldJ的传送带蛋白就像换挡器，控制这个旋转电机的方向。
如果GldJ的一小部分被删除，电机会将其旋转从逆时针翻转为顺时针，改变细菌的移动方式。该研究详细描述了这种分子齿轮组，并展示了它如何使细菌微调移动方向，使它们在导航复杂环境时具有进化优势。
除了促进细菌移动外，T9SS对人类健康也有重大影响——根据微生物群落的不同，它既有有害作用也有有益作用。在人类口腔微生物组中，含有T9SS的细菌与牙龈疾病有关，它们分泌的蛋白质促进口腔和大脑的炎症，导致心脏病和阿尔茨海默病等疾病。相反，在肠道微生物组中，T9SS分泌的蛋白质可以保护抗体免于降解，从而增强免疫力并提高口服疫苗的疗效。
将运动机制与微生物组效应联系起来
了解这个齿轮箱的工作原理可以帮助科学家设计方法，阻止细菌形成称为生物膜的粘性细菌群落，这些群落引起感染并污染医疗设备，但也利用其有益特性来促进健康并开发靶向微生物组疗法。
“我们非常兴奋地发现了一个具有反馈机制的非凡双角色纳米齿轮系统，揭示了一种可控的生物雪地摩托，并展示了细菌如何在动态环境中精确调整运动和分泌，”什里瓦斯塔瓦说。“在此突破的基础上，我们现在旨在确定这种非凡分子传送带的高分辨率结构，以原子精度可视化其移动部件如何互锁、传递力和响应机械反馈。解开这一复杂设计不仅将加深我们对微生物进化的理解，还将激发下一代生物工程纳米机器和治疗技术的开发。”
什里瓦斯塔瓦是亚利桑那州立大学基础与应用微生物组学生物设计中心、机制进化生物设计中心的研究员，以及生命科学学院的助理教授。该研究发表在《mBio》杂志上。
两项发现的联系
乍一看，这两项发现——流体冲刷和分子齿轮切换——似乎相去甚远。但它们有一个共同主题：细菌已经进化出多种令人惊讶的传播方式。细菌拥有的策略越多，就越难控制。
新发现还强调了在对抗细菌疾病时需要新思维。许多传统方法往往专注于靶向鞭毛。但正如这些研究所示，细菌可以绕过这一限制。
研究表明，控制细菌环境（包括糖分水平、pH值和表面化学等因素）可能与靶向细菌基因同样重要。破坏像T9SS齿轮箱这样的关键分子机器不仅可以防止细菌移动，还可以防止它们分泌使其具有危险性的蛋白质。
参考文献：
“冲刷移动：一种无需推进的细菌表面迁移形式”，作者：Justin Panich、Eric M. Dudebout、David F. Blair和Navish Wadhwa，2025年11月3日，《细菌学杂志》。
“一种与分子传送带相关的蛋白质控制细菌9型分泌系统的旋转方向”，作者：Abhishek Trivedi、Jacob A. Miratsky、Emma C. Henderson、Abhishek Singharoy和阿比谢克·什里瓦斯塔瓦，2025年6月13日，《mBio》。
N.W. 获得美国国立卫生研究院普通医学科学研究所（资助号R00GM134124）和亚利桑那生物医学研究中心新研究者奖（资助号RFGA2023-008-14）的支持。该工作还获得了D.B.（来自内部资金）的资金支持。
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