一项新的研究表明，当细菌暴露在实验室不同的极端环境中时，它们会对酸水平产生一种新的高度敏感性。
这种感觉触发了一系列不同的基因表达，允许微生物重新配置自己，以适应不断变化的极端情况。
从最小的细胞到最大的鲸鱼，所有生命都面临着不断变化和循环的环境条件的挑战。
为了更好地理解我们是如何在生理上屈服于这种极端的，纳什维尔范德比尔特大学的微生物学家莎拉·沃森和她的团队将大肠杆菌推向了极端。
一些细菌种群能够迅速进化出帮助它们茁壮成长的基因突变。癌症也利用由此产生的突变，为自己创造一个更有利的环境。
研究人员在论文中写道：“我们的研究结果表明，（这些突变）可能有助于通过pH值感应快速协调复杂的生理反应，并阐明细胞群体如何利用环境线索协调对复杂、波动的环境的快速反应。”
莎拉·沃森和他的同事们通过将16个大肠杆菌群体暴露在极端的、长期的饥饿中，然后将它们转移到一个新鲜的、营养丰富的环境中，并重复这个过程，创造了他们强烈的环境变化实验版本。
随着微生物的饥饿，代谢废物的积累，导致其环境ph值的急剧变化。然后，细菌每100天获得新的资源，重新开始，复制现实世界中生命经常面临的盛宴和饥荒循环。
在实验开始的前300天内，一种单一的蛋白质组成部分发生了变化，并在7种细菌种群中传播开来。这种从精氨酸到组氨酸的氨基酸变化发生在Rho蛋白中，Rho蛋白是一种告诉细菌蛋白质制造机制何时停止生产的分子。
范德比尔特大学微生物学家梅根·贝林格（Megan Behringer）解释说：“这种Rho突变在我们的实验室进化培养中反复出现。”
“我们回到我们的基因组数据，注意到Rho的每一个突变都与一个名为'ydcI '的基因突变同时发生。我们对这种基因知之甚少，但最近的研究表明，它可能在pH稳态中发挥作用。”
正常的Rho蛋白有助于细菌细胞在丰盛的环境中表现得更好，但当它的主人面临饥荒时，它就成了障碍。莎拉·沃森和他的团队发现，突变的ydcI可以让细胞更好地耐受Rho蛋白的变化。
ydcI突变似乎对ph的变化做出了反应。因此，它就像一个开关，被环境的变化打开，从而触发单个细胞内的变化。
“尽管细菌通过细胞外环境相互作用，但单个细胞对细胞内环境有一定的控制，”研究小组说。
这些基因一起工作，使细胞更容易在生理上适应不断变化的环境条件。研究小组在自然界中发现了几个相同机制的例子。
贝林格说：“我们在这种被忽视的病原体Bartonella bacilliformis中发现了它，这种病原体会导致南美洲安第斯山谷的腐肉病。”
“这种细菌已经知道pH值，因为当它通过沙蝇载体传播时，它必须迅速从高pH值的昆虫肠道调整到人类血液的中性pH值。”
像这样善于适应有助于细胞胜过其他细胞，就像我们在癌症中看到的那样。癌症似乎也利用类似的机制来增加内部pH值，产生一系列不同的基因表达，然后用来重塑周围的细胞环境。
莎拉·沃森和他的团队总结说，这些结果说明了“实验进化在识别与自然环境相关的重要功能突变方面的力量”。
这项研究发表在《美国科学院院刊》上。
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