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細菌的不對稱分裂

103/02/14 11728

王道還｜中央研究院歷史語言研究所助理研究員

生物有兩種生殖模式：無性生殖與有性生殖。無性生殖是最古老的生殖模式。可是現在在生物界，有性生殖似乎是主流模式；即使細菌也會不時交換基因。有性生殖後來居上，學者相信是因為有性生殖能創造變異：子女與父母不同，彼此間也不相同。在不斷變動的環境中，以不變應萬變是自取滅亡。

不過，研究細菌的學者早就注意到源自單一祖先的細菌群落中，個體間也有差異，有時以肉眼就可發現。例如新月柄桿菌（Caulobacter crescentus）有一條鞭毛，分裂後的兩個子細胞只有一個繼承了鞭毛。有鞭毛的子細胞能夠在液體中游動；沒有鞭毛的子細胞就固著下來，繼續分裂生殖。

美國華盛頓大學微生物學教授米勒（Samuel Miller）的團隊發現，新月柄桿菌的兩個子細胞，差異不只表現在形態上，細胞內特定分子的分布也不一樣，而且那一分子在母細胞中的分布就不對稱，與鞭毛位置有固定關係。不過研究人員仍然不清楚分子濃度的不對稱分布是如何造成的。

有趣的是，與新月柄桿菌同屬格蘭氏陰性菌的綠膿桿菌（Pseudomonas aeruginosa），子細胞在形態上並沒有明顯差別，米勒的團隊仍然發現牠們細胞內的特定分子濃度不同，而且那一差異可以追溯到細胞分裂之時。那個分子是一個功能廣泛的第二傳訊者c-di-GMP，涉及細菌的驅化性（chemotaxis）：就是對環境刺激的反應。

米勒團隊的最新發現是：綠膿桿菌的分裂也是不對稱的。原來綠膿桿菌也有一運動鞭毛，分裂之後只有一個子細胞繼承鞭毛。雖然另一個子細胞很快就會長出一條鞭毛，由於兩個子細胞獲得的c-di-GMP濃度不同，牠們的運動能力、對環境的反應也不同。那是因為母細胞中c-di-GMP與相關分子的分布並不對稱。

細菌群落中個體差異的起源，攸關細菌的演化與我們的福祉。例如細菌對於抗生素的抗藥性，已威脅到公共健康。科學家已經證明：細菌創造變異，不止靠基因互換、突變，不對稱分裂以及細胞內分子、胞器的不均勻分布，都能造成變異。

參考資料

Kulasekara‭, ‬B. R‭. ‬et al‭. (‬2013‭) ‬c-di-GMP heterogeneity is generated by the chemotaxis machinery to regulate flagellar motility‭. ‬eLife‭, ‬2013‭;‬2‭:‬e01402‭.‬

資料來源

《科學發展》2014年2月，494期，76 ~ 80頁

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