细菌群落中类脑电信号传导的代谢基础
神经元与认知
2019-02-19 v1 细胞行为
摘要
哺乳动物大脑中的信息处理依赖于对其组成神经元膜电位动态的精细调控，并通过电信号在神经组织中传播。我们近期报道了在一种简单得多的生物——细菌枯草芽孢杆菌中存在电信号传导。在称为生物膜的致密细菌群落中，菌落内部营养匮乏的枯草芽孢杆菌细胞利用电通信将胁迫信号传至外围，干扰外围细胞生长并降低营养消耗，从而缓解内部的胁迫。在此，我们通过引入一个空间扩展数学模型，明确探讨细菌生物膜中代谢与电生理之间的相互作用，该模型以离散化反应-扩散方案结合了这一现象的代谢与电学组分。该模型通过环境与遗传扰动进行了实验验证，并确认代谢胁迫是通过钾波在细菌种群中传播的。有趣的是，该行为令人联想到大脑中的皮质扩散性抑制，其特征是经由钾扩散介导的电活动波，与多种神经疾患相关，这呼吁未来对两现象间进化联系的研究。
引用
@article{arxiv.1902.06352,
title = {Metabolic basis of brain-like electrical signalling in bacterial communities},
author = {Rosa Martinez-Corral and Jintao Liu and Arthur Prindle and Gurol M. Suel and Jordi Garcia-Ojalvo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.06352},
year = {2019}
}