在单细胞分辨率下连接机械敏感通道丰度、渗透冲击与存活率

细胞外渗透压的快速变化是微生物细胞每日面临的诸多侵害之一。为抵御此类冲击，大肠杆菌及其他微生物表达多种跨膜通道，这些通道随膜张力变化而开闭。在大肠杆菌中，丰度最高的通道之一是大电导机械敏感通道（MscL）。尽管该通道已通过结构方法、电生理学和理论建模得到充分表征，我们对其在通过缓解高膜张力防止细胞死亡方面的生理作用的理解仍不牢固。本工作中，我们利用定量荧光显微镜在单细胞分辨率下考察仅 MscL 对渗透冲击后细胞存活的贡献。我们在缺失所有机械敏感通道基因、仅保留 MscL 的大肠杆菌菌株中进行实验，并通过修改 Shine-Dalgarno 序列将其表达量调控跨越三个数量级。虽然理论模型表明仅需少数 MscL 通道即可缓解甚至巨大的渗透压变化，我们发现每个细胞需要 500 至 700 个通道才能使存活率达到 80% 以上。该数值与通过蛋白质组学研究和定量 Western blot 在野生型大肠杆菌细胞中测得的 MscL 平均拷贝数一致。此外，我们观察到每个细胞少于 100 个通道时存活事件为零。本工作提出了关于其他机械敏感通道对存活贡献及其活性调控的新问题。