巴塞爾大學的研究人員開發出一種研究細菌群落的突破性方法，揭示了細菌如何共享資源和跨代合作。這項研究以枯草桿菌為模型，強調了細菌群落生活的益處以及這些群落內部複雜的動態變化。

當細菌建立群落時，它們會進行跨代合作並共享養分。巴塞爾大學的研究人員利用一種新開發的方法首次成功地證明了這一點。這項創新技術能夠追蹤細菌群落在不同時間和空間發展過程中的基因表現。

在自然界中，細菌通常生活在群落中。它們集體定植於我們的腸道，也被稱為腸道微生物群，或形成生物膜，如牙菌斑。群落生活為單一細菌帶來了許多好處，例如增強了對惡劣環境條件的適應能力、向新領地擴張以及從共享資源中獲得共同優勢。

細菌群落的發展是一個非常複雜的過程，在這個過程中，細菌會形成錯綜複雜的三維結構。在11 月16 日發表在《自然-微生物學》（Nature Microbiology）雜誌上的最新研究中，巴塞爾大學生物中心的克努特-德雷舍爾（Knut Drescher）教授領導的研究小組詳細研究了細菌群落的發展過程。

他們在方法上取得了突破性進展，能夠同時測量基因表達，並對微生物群落中單一細胞在空間和時間上的行為進行成像。

瓊脂板上的枯草桿菌群(彩色影像） 圖片來源：巴塞爾大學生物中心

「我們使用枯草桿菌作為模式生物。這種無處不在的細菌也存在於我們的腸道菌群中。」研究負責人克努特-德雷舍爾（Knut Drescher）教授解釋說：”我們發現，這些生活在群落中的細菌會進行跨代合作和互動。前幾代人為後幾代沉積代謝物”。

他們還在細菌群中發現了不同的亞群，它們產生和消耗不同的代謝物。一個亞群分泌的一些代謝物會成為後來出現的其他亞群的食物。

研究人員將最先進的自適應顯微鏡、基因表現分析、代謝物分析和機器人採樣結合在一起。利用這種創新方法，研究人員能夠在精確定位的地點和特定時間同時檢測基因表現和細菌行為，並識別細菌分泌的代謝物。因此，細菌群可分為三個主要區域：菌叢前緣、中間區域和菌叢中心。不過，這三個區域呈現漸層的特徵。

“根據區域的不同，細菌的外觀、特徵和行為也各不相同。邊緣的細菌大多是運動的，而中心的細菌則形成非運動的長線，從而形成三維生物膜。”第一作者漢娜-傑克爾（Hannah Jeckel）解釋說：「原因之一是空間和資源的可用性不同。」具有獨特行為的細菌的空間分佈使群落能夠擴展，同時也能隱藏在保護性生物膜中。這個過程似乎是細菌群落的普遍策略，對它們的生存至關重要。”

這項研究說明了細菌群落的複雜性和動態性，揭示了單一細菌之間有利於群落的合作互動。因此，空間和時間效應在微生物群落的發展和建立中起著核心作用。這項工作的一個里程碑是開發了一種開創性的技術，使研究人員能夠以前所未有的分辨率獲取多細胞過程的全面時空數據。