一项新的研究表明，当细菌暴露在实验室的不同极端环境中时，会对酸水平产生更高的敏感性。
这种感觉触发了一系列不同的基因表达，使微生物能够重新配置自己以适应不断变化的极端情况。
从最小的细胞到最大的鲸鱼，所有生命都面临着。
为了更好地理解我们如何在生理上弯曲到如此极端，纳什维尔范德比尔特大学的微生物学家莎拉·沃森和她的团队推动大肠杆菌细菌到了极点。
一些细菌种群能够快速进化出有助于它们繁衍生息的基因突变。癌症也利用由此产生的突变，为自己创造一个更加有利的环境。
研究人员表示：“我们的结果表明，[这些突变]可能有助于通过 pH 传感来快速协调复杂的生理反应，并揭示细胞群体如何利用环境线索来协调对复杂、波动环境的快速反应。”在他们的论文中写下。
Worthan 和同事通过暴露 16 个种群，创造了他们的环境变化的激烈实验版本。大肠杆菌在将它们转移到新鲜的营养丰富的环境中并重复这个过程之前，要先经历一段时间的极度、长期饥饿。
当微生物挨饿时，代谢废物就会积累，导致环境 pH 值发生剧烈变化。然后，细菌每 100 天就会获得新的资源，重新开始，复制现实世界中经常面临的盛宴和饥荒循环。
单一蛋白质构建模块的变化在七个细菌群体中出现并传播，大部分发生在实验的前 300 天内。这种氨基酸从精氨酸到一个组氨酸发生在 Rho 蛋白中——一种参与告诉细菌的蛋白质制造机器何时停止生产的分子。
“这种突变罗在我们的实验室进化培养物中反复出现，”解释范德比尔特大学微生物学家梅根·贝林格。
“我们回到我们的基因组数据并注意到，每一个突变罗与名为“的基因突变”同时发生ydcI.'我们对这个基因知之甚少，但最近的研究表明它可能在 pH 稳态中发挥作用。”
正常的 Rho 蛋白有助于细菌细胞在饱餐状态下表现得更好，但当其主人面临饥荒时，就会成为障碍。沃森和团队发现变异ydcI使细胞能够更好地耐受 Rho 蛋白的变化。
这ydcI突变似乎对 pH 值的变化做出反应。因此，它就像一个开关，通过环境的变化来触发单个细胞内的变化。
“尽管细菌通过细胞外环境相互作用，但单个细胞对其细胞内环境有一定的控制力，”说布拉顿。
这些基因共同作用，使细胞更容易在生理上适应不断变化的环境条件。研究小组在自然界中发现了相同机制的几个例子。
“我们在这种被忽视的病原体中发现了它，杆菌状巴尔通体，它会导致南美洲安第斯山谷的腐肉病，”说贝林格。
“这种细菌已知 pH 值因为当它通过沙蝇媒介传播时，它必须迅速从昆虫肠道的高 pH 值调整到人类血液的中性 pH 值。”
正如我们所看到的，善于这样适应有助于细胞在竞争中胜过其他细胞。癌症似乎也利用类似的机制来增加其内部 pH 值，从而产生一系列不同的基因表达，然后用于重塑其周围的细胞环境。
这些结果说明了“实验进化在识别与自然环境相关的功能上重要的突变方面的力量”，Worthan 和团队得出结论。
这项研究发表于美国国家科学院院刊。
