塔夫茨大学的研究人员在11月15日的《自然微生物学》杂志上报告称，杆状结核杆菌（TB）是第一个被观察到在其整个生命周期中保持恒定生长速率的单细胞生物。世界卫生组织再次将结核病列为全球头号传染病杀手，这项发现推翻了细菌细胞生物学的核心信念，并暗示了这种致命病原体为何能够轻易绕过我们的免疫系统和抗生素。
“细菌中最基本的研究是它们如何生长和分裂，但我们的研究表明，TB病原体遵循的规则与更容易研究的模式生物完全不同，” 塔夫茨大学医学院分子生物学和微生物学教授、工程学院生物医学工程教授Bree Aldridge说，她也是该论文的共同资深作者之一，另一位是魏茨曼科学研究所的Ariel Amir。
结核杆菌之所以能在人体内成功生存，是因为感染的部分可以在宿主体内迅速进化，使这些异常菌株能够避免检测或抵抗治疗。如果某人患有结核病，需要几个月的各种抗生素才能治愈，即便如此，这种方法也只在85%的患者中有效。Aldridge及其同事假设，我们对这一现象背后的基本生物学理解的不足，阻碍了更有效治疗方法的发展。
然而，获得答案的过程缓慢而细致。塔夫茨大学医学院博士后研究员Christin (Eun Seon) Chung在专门处理高风险病原体的设施中花费了三年时间观察单个TB细胞的行为。由于结核杆菌每24小时左右分裂一次（相比之下，几种模式细菌物种的分裂时间为20分钟），Aldridge的团队需要开发和应用新的显微镜方法来拍摄这种微生物长达数周的时间。Chung手动分析了录像，并追踪每个TB细菌及其后代的活动，因为这些细菌不仅非常小，而且容易移动，因此无法使用自动化分析。
这些实验表明，结核杆菌并不遵循预期的细胞生长模式。在其他细菌物种中，生长是指数级的，这意味着细胞在较小时生长速度较慢。对于结核杆菌来说，无论它们是新出生的（较小）还是即将分裂，生长速率都是一样的。
“这是首次报道的具有这种能力的生物体，”Chung说。“结核杆菌的行为挑战了基本的细菌生物学，因为人们一直认为核糖体（细胞内的蛋白质合成场所）驱动细胞生长速率，但我们的研究表明，在结核杆菌中可能存在其他机制，这引发了关于其生长控制的新问题。”
除了报告个别细菌细胞在生长行为上存在广泛变异外，研究团队还发现了结核杆菌的另一种新生长行为：它们可以在出生后从两端开始生长。这是出乎意料的，因为相关细菌仅从与母细胞分裂时的另一端开始生长。
这些观察结果揭示了结核微生物使用替代策略来增加其后代的变异性，挑战了基于生长更快、更均匀的模式生物的先前假设。Aldridge表示，这项研究将帮助她的实验室和其他研究团队更好地理解和利用这些机制，用于治疗目的。
“许多基础微生物学研究是在快速生长的模式生物中进行的，尽管它们作为模式生物有其理由，但这并不意味着它们能代表其他类型的细菌，”Aldridge说。“生命中存在着巨大的多样性，我们尚未在基本层面上进行研究，这项工作展示了为什么我们需要研究病原体本身。”
哈佛大学的Prathitha Kar和前塔夫茨大学医学院的Maliwan Kamkaew也是该论文的共同第一作者，他们也为这项工作做出了贡献。有关作者、资助者、方法和利益冲突的完整信息可在已发表的论文中找到。内容由作者负责，不一定代表资助者的官方观点。
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