《Science》文章：OceanNet：海洋蓝细菌通过纳米管直接相互作用

研究背景：

海洋中的微生物相互作用和联系对营养循环至关重要。在海洋中，蓝细菌（如Synechococcus和Prochlorococcus）通过光合作用贡献了约四分之一的初级生产力。尽管科学家们已经研究了这些微生物的生态策略和适应性，但它们之间的物理接触和直接相互作用尚未被充分研究。本研究旨在探究海洋蓝细菌之间通过纳米管（nanotubes）进行的直接相互作用。

研究内容：

本研究聚焦于海洋蓝细菌之间的直接接触，特别是通过细胞膜纳米管介导的物质交换。研究团队观察了Synechococcus和Prochlorococcus之间的纳米管，并研究了这些结构在不同环境条件下的形成和功能。此外，研究还探讨了这些纳米管在自然样本中的普遍性，并尝试识别与纳米管形成相关的基因。

研究方法：

研究人员使用了一系列显微镜技术，包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、荧光显微镜和成像流式细胞仪（IFC），来观察和表征不同实验室培养和自然样本中的纳米管。他们还使用脂溶性染料FM 1-43标记细胞膜，以验证纳米管的脂质组成。通过共聚焦荧光显微镜观察了携带不同荧光蛋白（GFP）的Synechococcus细胞，以确定纳米管是否连接细胞质。此外，使用钙黄绿素（calcein）作为示踪分子，研究了纳米管介导的细胞间物质转移。研究人员还利用成像流式细胞仪分析了纳米管与细胞活性之间的关系，并在自然样本中检测了纳米管的存在。最后，通过生物信息学方法搜索了与纳米管形成相关的基因。

研究结果：

研究发现，Synechococcus和Prochlorococcus之间通过纳米管形成了直接的细胞间连接。这些纳米管能够在活细胞之间产生，并在细胞质中介导小分子、蛋白质和非共轭质粒的转移。通过共聚焦荧光显微镜观察到的携带cGFP的Synechococcus细胞之间的纳米管，证实了细胞间的物质转移。此外，使用calcein进行的实验进一步证实了纳米管介导的细胞间分子转移。研究人员还在自然样本中观察到了纳米管的存在，表明这并非实验室特有的现象。在基因层面，虽然在蓝细菌基因组中未发现已知的与纳米管形成相关的CORE基因，但发现了可能与纳米管形成相关的细胞壁水解酶的同源基因。

总结而言，这项研究揭示了海洋蓝细菌之间通过纳米管进行的直接相互作用和物质交换，这对于理解海洋微生物生态和进化具有重要意义。这些发现还可能对海洋生物地球化学循环和微生物生态学的理论研究产生深远影响。

来源：Science