微生物竞争的距离决定了它们的社区结构

在微生物社区中，微生物正在为自己的生活而战。这些微小的生物存在于土壤，海洋和人体中。微生物发挥着几个重要作用 - 它们可以分解废物，制造氧气并促进人体健康。在社区内，微生物不断相互竞争空间，营养和其他资源。他们的竞争可以在多个空间尺度上发生，无论微生物是靠近还是远离。

当微生物靠近时，它们组装了一个分子装置，将毒素注入邻居，抑制它们的生长。相隔很远时，微生物释放出一种小的有毒分子，通过社区进入其他细胞，导致它们死亡。伊利诺伊大学生物工程学副教授，Carl R. Woese基因组生物学研究所成员Ting Lu想知道不同的相互作用距离是否会影响微生物群落的组织。解决这个问题可以帮助研究人员了解这些社区的组合方式。

Lu和他的实验室成员-Venhar Celik Ozgen，Wentao Kong，Andrew Blanchard和Feng Liu开发了数学模型和一组合成微生物群落，以研究微生物战争中不同距离的作用。他们创造了涉及单向竞争的生态系统，其中一种微生物杀死了另一种微生物，而生态系统则采用双向竞争，两种类型的微生物互相残杀。

他们的研究结果发表在“ 科学进步”杂志上，揭示了空间和时间之间的重要互惠关系。

在一种类型的微生物杀死另一种微生物的社区中，研究人员发现远程竞争更有效，因为微生物在短距离内杀死竞争对手的时间比在短距离内杀死的时间短。

接下来，他们研究了两种微生物互相残杀的社区。卢说，通过描绘在战场上遇到的两支军队可以最好地理解他们的发现，其中一支军队拥有剑(依赖于接触的分子杀伤装置)，另一支拥有箭头(可扩散的毒性分子攻击其他微生物)。

“当这两支军队进行近距离战斗时，剑更有效，因为它可以立即杀死敌人，”卢说。“但是，如果这些政党被一条河流隔开，例如 - 虽然剑更具杀伤力，但它超出了它们的范围。”

在近距离范围内，依赖于接触的设备更有效。在远距离，可扩散分子更有效。这就是为什么在这种双向竞争中，微生物群体的密度很重要。如果人口密集，微生物被迫在近距离竞争，那些使用接触依赖设备的人获胜。如果微生物间隔较大，它们会在远距离竞争，而那些使用可扩散分子的微生物则会获胜。

作者说，据他们所知，这是第一个剖析空间相互作用量表在微生物生态系统组织中的作用的实验。Lu说他们的结果加深了他们对微生物群落如何组装和运作的了解。

他们的发现也将有助于创造人工微生物生态系统，可用于治疗疾病或增加植物生长。

“通过学习基础组织......(它将)也有助于我们设计更好的生态系统，可以更有效地以更有效的方式提供功能，”Lu说。

Lu说，相互作用距离的变化也经常发生在动物和植物细胞中，因此他们的研究结果也可以提供对多细胞生物组织的深入了解。

“尽管我们专注于研究微生物种群的空间组织，但我们相信我们对细菌学习的知识可以被推广并转化为其他生命系统，”Lu说。

郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如有侵权行为，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。