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一个世纪以来生物学家们一直以为，是细胞内容物的生长推动了细胞壁的增大。现在斯坦福大学的科学家们推翻了这一理论，他们通过新的显微成像技术向人们直观展示，不论是内部压力还是外部压力，都不会影响细胞壁的生长。
生物通报道：一个世纪以来生物学家们一直以为，是细胞内容物的生长推动了细胞壁的增大。现在斯坦福大学的科学家们推翻了这一理论，他们通过新的显微成像技术向人们直观展示，不论是内部压力还是外部压力，都不会影响细胞壁的生长。
研究人员深入解析了一个被称为渗透震扰（osmotic shock）的过程。他们发现，在渗透压不同的溶液中，细胞壁一直以同样的速度生长。只不过高渗透压的环境使细胞皱缩，掩盖了这种生长。文章于五月十二日发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上，将有助于人们开发新策略对抗细菌引起的多种疾病。
“我们观察到的现象完全出人意料，”这项研究的资深作者，斯坦福大学医学院的助理教授K.C. Huang说。
E. coli看起来是一种比较脆弱的细菌，但它却能够在截然不同的环境中蓬勃生长，例如水坑和胃部。研究人员认为，这种生存能力得益于细胞壁生长的惊人灵活性。
未参与这项研究的加州大学副教授Gurol Suel对其给与了高度评价，他认为这一发现可以帮助人们转变观念，重新在分子水平上理解细菌的细胞生长。（相关研究：Cell封面文章，解决三十年细胞谜题）
活在压力之下
细胞是所有生命的基础结构单元。人们首次观察到细胞是在四百多年以前，当显微镜发明之后。大肠杆菌E. coli是被研究得最多的细胞之一，它是一种可能引发食物中毒的腊肠状细菌。
E. coli由细胞壁和内容物两部分组成。细胞壁是活性、动态而且多孔的，它允许水分渗入和流出。这一点非常重要，因为生活在液体环境中的细胞会受到渗透压的支配。
渗透压与液体中的溶质含量有关。举例来说，将糖倒入咖啡就会增加其渗透压。倒入的糖越多，咖啡的渗透压就越高。
水是生命的基础，因此每个细胞都有内部的渗透压。当细胞进入渗透压更高的溶液时（例如糖水），为了保护细胞，细胞壁就会让内部的水分流出，细胞发生皱缩。当皱缩的细胞回到标准溶液（normal solution）时，液体流入细胞壁，使细胞膨胀回到应有的大小。
生物学家们一直以为，外部的压力会阻碍细胞壁的生长。这是因为，如果细胞壁生长是由内容物扩张造成的，那么使细胞收缩的外部渗透压无疑会影响细胞壁的生长。
斯坦福的研究团队在不同渗透压的环境中分离和成像了E. coli细胞，并在此基础上证实细胞壁的生长与细胞所受的压力无关，不论这种压力是来自内部还是外部。
研究人员通过微流体设备将细菌细胞截留在小室中。随后，他们将细胞先后浸入高浓度糖水和标准溶液，并在这一过程中成像细胞的收缩和膨胀。他们发现，细胞浸入糖水时看起来的确生长得更慢。但当这些细胞浸入标准溶液时，细胞会在几秒钟内迅速膨胀。此时的细胞大小上，与一直在标准溶液中全速生长的细胞相当。这说明，细胞壁在糖水和标准溶液中生长得一样快。（点击查看视频）
这项研究的第一作者Enrique Rojas博士，现在正在孟加拉队霍乱弧菌进行类似的研究，希望可以在此基础上找到对抗这种致病菌的新途径。
生物通编辑：叶予
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Response of Escherichia coli growth rate to osmotic shock
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