在这些图像中，表达高亲和力甲硫氨酸转运系统的细胞以荧光绿色点亮。这会产生亮绿色和暗色菌落，并且克隆菌落也会出现部分亮点和部分暗色，意味着同一菌落中的细胞会“选择”不同的路径。图片：格罗宁根大学
在乳品工业中起重要作用的乳酸乳球菌无法产生氨基酸甲硫氨酸，必须依靠从环境中吸收。为此，细菌具有两个具有高亲和力和低亲和力的系统。格罗宁根大学的微生物学家发现，克隆种群中生长的细胞在使用的摄取系统上可能有所不同。此外，任何一个系统的选择都经过了许多代的维护。这是第一次在氨基酸摄取途径中观察到这种稳定的异质性。研究结果于3月5日发表在《自然通讯》杂志上。
众所周知，克隆种群（所有细胞共享相同的基因）中生长的细菌仍然可以表现出不同的行为。在苛刻的条件下，某些细胞可能会通过形成孢子进入生存模式，而其他细胞则不会。格罗宁根大学分子遗传学教授奥斯卡·奎珀斯（Oscar Kuipers）解释说：“这是一种风险对冲。对于一个细胞来说，形成孢子是昂贵的。条件可能会改善，也可能不会。这两种途径都可以确保一部分细菌继续存活。”
但是，这种策略在氨基酸转运中从未见过。约纳坦·埃尔南德斯·巴尔德斯（Jhonatan Hernandez-Valdes，他在在奎珀斯的指导下，获得博士学位）在不同甲硫氨酸浓度的培养基中生长乳球菌。他在细胞中添加了一个信使基因，使之在表达高亲和力甲硫氨酸转运蛋白时发绿色荧光。但是，在低甲硫氨酸条件下，他注意到某些细胞没有点亮。
起初，埃尔南德斯·瓦尔德斯（Hernandez-Valdes）认为他的细胞培养已被污染。但是经过几次检查，结果发现所有细胞都携带绿色荧光基因，尽管并非所有细胞都表达高亲和力甲硫氨酸摄取系统。奎珀斯：“我们发现切换到高亲和力系统的过程非常缓慢。您可以说细胞不愿意切换。”
表达高亲和力甲硫氨酸转运蛋白（亮绿色）或低亲和力转运蛋白（黑暗）的单个细胞。图片：格罗宁根大学
对冲
进一步的探索表明，一种称为T-box核糖开关的原因是高亲和力转运蛋白表达的异质性。显然，使用低或高亲和力的转运蛋白对甲硫氨酸的吸收没有影响。“一个细胞走哪条路似乎是一个偶然的问题。但是一旦做出选择，它会在十代以上的时间内保持不变。”
具有任一摄取系统的细胞在低甲硫氨酸条件下同样生长良好。那么为什么会出现异质性呢？奎珀斯和他的同事提出了两种可能的解释。首先是风险对冲，这是细菌和高等生物中众所周知的现象。在自然条件下，不投资高亲和力运输系统可能会带来一些优势。种群中的一些细胞在甲硫氨酸可用性上进行赌博，而其他细胞则采取安全路线，启动高亲和力系统，即使周围的甲硫氨酸很少。
“另一种可能性是存在分工：例如，如果两个亚群合作，则细胞可能开始排泄甲硫氨酸，或者死亡并分裂，从而使其氨基酸可用于其他细胞。但是这种情况是非常投机的。” 。
他继续说：“我们知道异质性对细菌是一件好事。一克土壤中可能有成百上千种不同的菌株，它们都在为它们的优势而战。通过分成两个种群，您可以更好地预测环境的变化。这始终是明智的策略。”
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