細胞構成我們身體的組織和器官得基本單位，生命世界的基礎。同時(shí)細菌也是細胞，有單個(gè)或者群體形式生活在生物膜中。細胞不是停留在一個(gè)地點(diǎn)，運行工作，大部分情況下，細胞會(huì )快速地移動(dòng)。比如當你被割傷，抗感染細胞會(huì )聚集到傷口處，準備吞噬細菌入侵者。然后，血小板細胞和血液中的蛋白質(zhì)聚集并形成凝塊來(lái)止血。最后，皮膚細胞開(kāi)始進(jìn)入傷口以縫合傷口。有害細胞也會(huì )運動(dòng)，就像細胞從原發(fā)腫瘤轉移到身體其他部位一樣。了解細胞遷移的方式和原因，可以為科學(xué)家提供新的方法來(lái)指導這些細胞，或者在需要的時(shí)候關(guān)閉或減緩運動(dòng)。

一，一種新穎的細胞追蹤技術(shù)--M-TRAIL

一直以來(lái)，科學(xué)家們研究人類(lèi)和動(dòng)物是如何形成的，從受孕時(shí)的單個(gè)細胞到出生時(shí)的復雜個(gè)體，尤其對細胞如何移動(dòng)和何時(shí)移動(dòng)感興趣。他們用果蠅這樣的研究生物來(lái)觀(guān)察小群體細胞的運動(dòng)，但觀(guān)察細胞在活體中遷移是有挑戰性的，因為組織太致密，不能看到單個(gè)細胞的運動(dòng)。將這些細胞轉移到實(shí)驗室的培養皿中，可能會(huì )導致它們的行為有所不同。為了解決這個(gè)問(wèn)題，加州大學(xué)的David Bilder和同事改造了這些細胞，當它們移動(dòng)的時(shí)候，身后放置一個(gè)發(fā)光的蛋白質(zhì)軌跡，即可在組織中留下一條可追蹤的路徑。這項技術(shù)被稱(chēng)為M-TRAIL，一種追蹤體內細胞遷移的新工具，研究人員可以看到細胞在哪里旅行，以及到達那里需要多長(cháng)時(shí)間。

Bilder和他的團隊第一次使用M-TRAIL技術(shù)在果蠅中，證實(shí)了過(guò)去用其他成像技術(shù)對果蠅的研究結果。此外，他們發(fā)現M-TRAIL可以用于研究多種細胞類(lèi)型。這項新技術(shù)可以更長(cháng)時(shí)間地追蹤細胞的運動(dòng)，其他成像技術(shù)在幾小時(shí)內就會(huì )對細胞產(chǎn)生毒性。這是很重要的，因為細胞經(jīng)常要遷移幾天才能到達最終目的地。

二，改變細胞的運動(dòng)模式

除了追蹤細胞遷移時(shí)的位置，科學(xué)家還需要知道是什么促使它們運動(dòng)，什么控制了它們的運動(dòng)。來(lái)自約翰霍普金斯大學(xué)醫學(xué)院的Peter Devreotes和他的同事正在研究細胞內信號蛋白網(wǎng)絡(luò )，他們發(fā)現，這個(gè)網(wǎng)絡(luò )是控制細胞運動(dòng)的關(guān)鍵。一旦它被打開(kāi)，這個(gè)蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò )啟動(dòng)細胞的運動(dòng)機制，包括它的細胞骨架。響應來(lái)自網(wǎng)絡(luò )的信號，細胞開(kāi)始改變形狀，這是細胞遷移的早期步驟。

這個(gè)運動(dòng)網(wǎng)絡(luò )可以隨機啟動(dòng)，也能對細胞外的信號做出反應。Devreotes團隊將變形蟲(chóng)細胞放入一盤(pán)旋轉的水中，變形蟲(chóng)細胞需要能夠對周?chē)鲃?dòng)的液體以及周?chē)h(huán)境發(fā)出的其他信號做出反應。研究發(fā)現，細胞內的網(wǎng)絡(luò )蛋白對漩渦水的反應與對其他環(huán)境信號的反應相同。

不同的細胞運動(dòng)方式不同，有偽足、扇形或從中心波浪狀前進(jìn)?？茖W(xué)家們曾認為，每一種細胞都只使用其中一種模式來(lái)移動(dòng)。相反，當Devreotes和他的團隊改變細胞內運動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中的蛋白質(zhì)時(shí)，他們發(fā)現變形蟲(chóng)改變了它們的運動(dòng)行為，從偽足轉變?yōu)樯刃?，波浪起伏狀。所以，這種網(wǎng)絡(luò )可能與來(lái)自不同物種的多種細胞相似，協(xié)調來(lái)自外部的信號，并確定細胞用來(lái)移動(dòng)的機制。

三，改變細胞的運動(dòng)模式

理解單個(gè)細胞的運動(dòng)方式只能說(shuō)明部分情況，細胞通常作為一個(gè)群體移動(dòng)，可能會(huì )有一些你意想不到的復雜工作。例如，細菌可以協(xié)調它們的行為，以有序的方式移動(dòng)整個(gè)群體。Scott ChimileskiLink，哈佛大學(xué)醫學(xué)院的Roberto Kolter實(shí)驗室的影像專(zhuān)家，使用延時(shí)攝影技術(shù)來(lái)觀(guān)察細菌是如何做到這一點(diǎn)的。

作為一個(gè)團體運動(dòng)對細菌有好處，但也很昂貴。例如，制造和分泌表面活性劑，一種能減少表面張力，使其更容易滑過(guò)的物質(zhì)，對每個(gè)細胞都需要大量的能量。所以，細菌要確保他們的競爭對手不能使用他們制造的表面活性劑。細菌已經(jīng)進(jìn)化出了許多方法來(lái)告訴他們的近親遠離他們的敵人。它們甚至會(huì )釋放出抗生素，殺死與它們無(wú)關(guān)的細菌細胞。Kolter和他的團隊認為，武器細菌用于競爭的成功也使它們成為緊密的殖民地并促進(jìn)合作。Chimileski說(shuō)，了解細菌菌落的合作與競爭之間的平衡，將有助于弄清像我們自己腸道微生物群落中發(fā)生的事情，高度復雜的微生物環(huán)境對我們的健康非常重要。