厨房的洗刷海绵也许是细菌培养箱
研究人员发现，海绵的结构模仿土壤的结构，以产生比大多数实验室设备更适合微生物多样性的环境
环境结构影响微生物物种之间的相互作用，使普通厨房海绵比实验室培养皿成为细菌多样性更好的孵化器。
杜克大学的研究人员发现了一个基本但令人惊讶的事实：您的厨房海绵比实验室培养皿更适合多种细菌群落。但是，让蜂拥而至的微生物聚宝盆如此快乐和富有成效的不仅仅是被困的残羹剩饭，海绵本身的结构也是如此。
在一系列实验中，科学家们展示了各种微生物物种如何根据其结构环境的复杂性和大小等因素影响彼此的种群动态。一些细菌在多样化的社区中茁壮成长，而另一些细菌则喜欢单独存在。一个让这两种动物都能过上最好生活的物理环境会带来最强的生物多样性水平。
土壤提供了这种最佳的混合住房环境，你的厨房海绵也是如此。
杜克大学的生物医学工程师说，他们的研究结果表明，使用细菌来完成诸如清理污染或生产商业产品等任务的行业应该考虑结构环境。
结果于 2022 年 2 月 9 日在线发表在《自然化学生物学》杂志上。
这些不同种类的细菌——每一种都被设计成发出不同的颜色，以便研究人员可以追踪它们的生长——由于它们的结构化环境，它们正在相互和谐地繁衍。图片来源：杜克大学的 Andrea Weiss、Zach Holmes 和 Yuanchi Ha
细菌就像经历大流行的人一样——有些人发现很难被隔离，而另一些人则茁壮成长，”杜克大学生物医学工程教授游令崇说。“我们已经证明，在一个物种之间既有正负相互作用的复杂群落中，存在中等量的整合，将最大限度地提高其整体共存性。”
微生物群落在自然界中以不同程度混合。土壤为不同人群的生长提供了许多角落和缝隙，而无需与邻居进行太多互动。对于叶子顶部的单个水滴也可以这样说。
但是，当人类将许多细菌种类一起放入无结构的粘液中以生产酒精、生物燃料和药物等商品时，它通常放在盘子甚至大桶中。在他们的实验中，You 和他的实验室展示了为什么这些工业努力开始对他们的制造努力采取结构性方法可能是明智的。
发现： 动物细胞观察
这些不同种类的细菌——每一种都被设计成发出不同的颜色，以便研究人员可以追踪它们的生长——由于它们的结构化环境，它们正在相互和谐地繁衍。图片来源：杜克大学的 Andrea Weiss、Zach Holmes 和 Yuanchi Ha
研究人员对大约 80 种不同的大肠杆菌菌株进行了条形码化，以便他们可以跟踪它们的种群增长。然后，他们在实验室生长板上以各种组合将细菌混合，具有从 6 个大井到 1,536 个小井的各种潜在生存空间。大井模拟了微生物物种可以自由混合的环境，而小井模拟了物种可以保持自己的空间。
无论栖息地大小如何，结果都是一样的。从少数物种开始的小井最终演变成一个只有一两个菌株存活的群落。同样，以广泛的生物多样性开始的大井也结束了实验，只剩下一两个物种。
“小部分确实伤害了依赖与其他物种相互作用生存的物种，而大部分则消除了遭受这些相互作用的成员（孤独者），”尤说。“但中间部分允许微生物群落中最大程度的幸存者多样性。”
你说，结果为与不同细菌群落合作的研究人员创建了一个框架，以开始测试哪些结构环境最适合他们的追求。他们还指出了为什么厨房海绵是如此有用的微生物栖息地。它模仿健康土壤中发现的不同程度的分离，提供不同的分离层和不同大小的公共空间。
为了证明这一点，研究人员还用一条普通的家用海绵进行了实验。结果表明，与他们测试的任何实验室设备相比，它是一个更好的微生物多样性孵化器。
“事实证明，海绵是一种非常简单的方法，可以实现多级分配以增强整体微生物群落，”You 说。“也许这就是为什么它是一件非常脏的东西——海绵的结构正好为微生物提供了一个完美的家园。”
参考文献：
“Modulation of microbial community dynamics by spatial partitioning”，作者 Feilun Wu、Yuanchi Ha、Andrea Weiss、Meidi Wang、Jeffrey Letourneau、Shangying Wang、Nan Luo、Shuquan Huang、Charlotte T. Lee、Lawrence A. David 和 Lingchong You， 2022 年 2 月 10 日，自然化学生物学。
DOI: 10.1038/s41589-021-00961-w
这项研究得到了美国国立卫生研究院 (R01GM098642, R01GM110494)、美国国家科学基金会 (MCB-1412459、MCB-1937259; DEB 1257882)、海军研究办公室 (N00014-12-1-0631) 和陆军的支持研究室 (W911NF-14-1-0490)。
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