想到細菌聯合起來形成一個能夠合作、競爭和復雜交流的社會組織社區，起初似乎是科幻小說的內容–或者只是單純覺得噁心。但是生物膜群落對人類健康有著重要的影響，從導致疾病到幫助消化，而且它們在一系列旨在保護環境和產生清潔能源的新興技術中發揮著作用。

加州大學洛杉磯分校領導的新研究可以給科學家帶來啟示，幫助他們培養有用的微生物，或者從已經形成生物膜的表面，包括人體的組織和器官上清除危險的微生物。這項發表在《美國國家科學院院刊》上的研究描述了當生物膜形成時，細菌如何利用類似於無線電傳輸的化學信號與它們的後代進行交流。

研究人員表明，一種被稱為環狀二胍酸鹽（或c-di-GMP）的信使分子的濃度水平可以隨著時間的推移和不同世代的細菌以明確的模式增加和減少。該研究發現，細菌細胞利用這些化學信號波為它們的後代編碼信息，幫助協調菌落的形成。

在這種現像中，一個特定的細胞是否附著在一個表面上受到這些振蕩的特定形狀的影響–很像信息存儲在AM和FM無線電波中的方式。

“由於這些振盪協調了整個血統所做的事情，大量的細胞同時受到這些信號的控制，”通訊作者Gerard Wong說，他是加州大學洛杉磯分校Samueli工程學院的生物工程教授和加州大學洛杉磯分校學院的化學和生物化學教授，也是加州大學洛杉磯分校加利福尼亞納米系統研究所的成員。”這意味著我們可能有一個新的旋鈕來控製或微調生物膜的形成，其作用就像細菌的大眾傳播。”

阻止生物膜的形成在某些情況下可以拯救生命，例如對抗囊性纖維化患者的肺部內壁的感染。

在其他情况下，提高培养生物膜的能力是有帮助的–例如，加强人类肠道中”好”细菌的菌落以帮助消化，或保护人们免受致病微生物的侵害。科学家和工程师，包括加州大学洛杉矶分校的一些科学家和工程师，正在努力开发能够分解塑料、吃掉工业废物或甚至在燃料电池中发电的细菌生物膜。

這項研究為對導致生物膜的機制的科學理解增加了新的層面。在過去20年左右建立的現有範式認為，當一個細菌感覺到一個表面時，該細胞開始產生c-di-GMP，這反過來又使細菌附著在表面上。事實上，生物膜細胞的c-di-GMP水平通常比經常移動的細菌細胞要高。

注重細菌從一代到另一代的溝通能力的生物膜研究是第一作者加州大學洛杉磯分校博士後研究員Calvin Lee與Wong和他們的隊友在2018年的一份出版物中開創的。在目前的研究中，該團隊闡明了細菌如何利用c-di-GMP信號來交流表面的存在。不同高度和不同頻率的信號波可以由一個細胞傳遞給它的後代。

這些化學信號分別類似於AM無線電（調幅），它根據無線電波的振幅或高度對特定的信號進行編碼，以及FM無線電（調頻），它通過波在特定時間段內的振盪次數對信號進行編碼。

利用通常用於大數據和人工智能的分析技術，研究人員確定了控制生物膜形成的三個重要因素：c-di-GMP的平均水平，c-di-GMP水平的振盪頻率，以及生物膜形成的表面上的細胞運動程度。

現有的範式是一個輸入產生一個輸出，信號水平的增加導致生物膜的形成多種輸入最終會導致同樣的輸出，而且細菌可以為它們的後代留下持久的信息。