科學(xué)家對細菌和癌細胞進行的迷宮實驗，對于生物醫(yī)學(xué)有著十分重要的價值，它為了解哺乳動物胚胎發(fā)育的早期過程，以及癌細胞的轉(zhuǎn)移提供了新的研究窗口。

　　或許你只聽說過科學(xué)家訓(xùn)練小鼠走迷宮，但是你知道細胞和細菌也會走迷宮嗎？最新一期《科學(xué)》雜志發(fā)表了一項很有意思的研究：英國癌癥研究所和格拉斯哥大學(xué)的科學(xué)家們制作了一個漢普敦宮迷宮的模擬版，將細菌和癌癥細胞放入其中，看它們能否走出迷宮，沒想到無論是低等生物還是生命的基本單元都完成了這個任務(wù)。

　　科學(xué)家為什么會選擇這兩種生命單元進行迷宮試驗？它們是怎么走出迷宮的？這個研究結(jié)果對于人類來說有何意義？科技日報記者就此采訪了相關(guān)專家，請他講講其中的奧秘。

　　為什么選擇它們走迷宮？兩位“選手”都非等閑之輩且都會移動

　　“Dictyostelium discoideum”，這個“你不認識它、它也不認識你”的名字被翻譯成盤基網(wǎng)柄菌。

　　微生物那么多，英國癌癥研究所和格拉斯哥大學(xué)的科學(xué)家們?yōu)槭裁磿�認為這種細菌能走迷宮，并給了它這個機會呢？

　　“盤基網(wǎng)柄菌可以形成‘體’，即把自己‘摞’起來，從而抱團成為多細胞體�！敝袊�科學(xué)院微生物研究所研究員朱寶利告訴科技日報記者，成為多細胞體之后，它們的單細胞之間還有協(xié)作能力。能抱團還能組團做事，盤基網(wǎng)柄菌這樣的特性給科學(xué)家們出了一個難題：它究竟是多細胞還是單細胞呢？

　　由于這種典型特性，在2000年前后，美國國立衛(wèi)生研究院把盤基網(wǎng)柄菌列為一種介于單細胞和多細胞之間的模式生物。生物學(xué)家專門用它們進行科學(xué)研究，用于揭示某種具有普遍規(guī)律的生命現(xiàn)象。因此很多科學(xué)家用它做過研究，朱寶利也研究過它。

　　“它能夠長期、長距離地遷徙，但移動得不太明顯，沒有那么大活力�！敝鞂毨�說，它得依靠一個表面才能動。如果制作一個平培養(yǎng)基，可以直觀觀察到它們是有“位移”的。而普通細菌形成的菌落是固定的。

　　真正讓它成為“明星”的是基因組研究計劃。朱寶利介紹，當(dāng)時的基因組計劃中納入了50種生物，盤基網(wǎng)柄菌由于介于單細胞和多細胞之間，被認為對于研究生物的進化非常有意義。研究生物如何進化到人類是基因組研究的一項目標(biāo)，而盤基網(wǎng)柄菌被列為進化的起點。

　　相較于盤基網(wǎng)柄菌的鮮為人知，癌癥細胞的“神出鬼沒”有目共睹，它會潛伏、還會轉(zhuǎn)移�！缎掠⒏裉m》雜志曾報道過一例臨床案例：一個腎移植受者的移植腎里長出一個黑色素瘤，排除自身的各種因素，持續(xù)追查之后才發(fā)現(xiàn)，原來是供者在20年前得過黑色素瘤，但后來治好了。這個堪比刑偵大劇的案例，充分說明癌癥細胞會潛伏、能轉(zhuǎn)移。

　　在論文中，研究人員也描述了兩個生命單元的特殊性：前者能在相距很遠的地方找到它的同類，后者則能讓癌癥迅速遍布全身。

　　它們怎樣走出迷宮？營養(yǎng)物的濃度梯度是最好的“記號”

　　既然轉(zhuǎn)移是它們的日常，它們又是如何走出迷宮的？

　　如同植物總是愛追逐陽光一樣，這兩種生命單元總是愛追逐營養(yǎng)物質(zhì)。

　　營養(yǎng)的驅(qū)動力如何轉(zhuǎn)化成細菌和細胞的移動動力呢？論文中給出解釋，自生梯度形成了細菌和細胞“長途遷移”的驅(qū)動力，并成為路線決策的驅(qū)動力。

　　所謂自生梯度就是由細胞降解局部營養(yǎng)物質(zhì)，給自己制造一個營養(yǎng)濃度差。

　　以癌癥細胞為例，它被公認為是最需要養(yǎng)分的細胞，一旦生成就會與機體爭搶能量，可見它對培養(yǎng)基中的養(yǎng)分有著強大的分解能力。這里的養(yǎng)分被“吃”光了，其他地方的養(yǎng)分濃度就會比這里的養(yǎng)分濃度高，進而形成濃度梯度，推動癌細胞前進。

　　那么它們又是如何判斷選哪條路或者哪里是死胡同呢？

　　研究迷宮的走法或許會有所啟發(fā)。據(jù)記載，迷宮的走法規(guī)則有3條：進入迷宮后，可以任選一條道路往前走；如果遇到走不通的死胡同，就馬上返回，并在該路口做個記號；如果遇到了叉路口，觀察一下是否還有沒有走過的通道，有就任選一條通道往前走，沒有就順著原路返回上一個叉路口，并做個記號。然后就重復(fù)第二條和第三條所說的走法，直到找到出口為止。

　　很顯然，根據(jù)這樣的法則，走迷宮不需要思考，只需要記號。而營養(yǎng)物的濃度梯度是細菌和癌細胞最好的“記號”。

　　“死胡同意味著營養(yǎng)物質(zhì)會消耗殆盡，其他細胞也就不會再來，而岔路如果最終導(dǎo)向死胡同，也會造成細胞的往返，最終比順暢的路消耗更多的營養(yǎng)�！敝鞂毨�解釋。

　　從創(chuàng)新性而言，整個研究發(fā)明了能夠觀測和計算整個過程的方法，利用自生梯度的計算和數(shù)學(xué)模型來預(yù)測迷宮中細胞的尋路能力，并用迷宮中的實際細胞來測試結(jié)果。

　　走出迷宮意義何在？為了解癌細胞轉(zhuǎn)移等問題提供了新窗口

　　在發(fā)育和轉(zhuǎn)移過程中，細胞遷移通常由趨化性引導(dǎo)，即細胞會根據(jù)某些化學(xué)物質(zhì)的濃度梯度，從低濃度向高濃度區(qū)域遷移。但人們往往關(guān)注環(huán)境中的趨化作用，事實上很多時候環(huán)境梯度不能引導(dǎo)細胞越過復(fù)雜的環(huán)境遷移到很遠的地方。

　　而這項研究證實，自生梯度可以為細菌和細胞在長而曲折的路徑上導(dǎo)航，并在活路和死胡同之間做出準(zhǔn)確的選擇，這使得細胞能夠有效地解決復(fù)雜的迷宮問題。

　　研究者們還用數(shù)學(xué)的方式做了精確描述，找到了細胞尋找活路的準(zhǔn)確性與引誘劑擴散率、細胞速度、路徑復(fù)雜度的關(guān)系，并能預(yù)測其成功率。

　　這項結(jié)果對于生物醫(yī)學(xué)有著十分重要的價值，比如它為了解哺乳動物胚胎發(fā)育的早期過程，以及癌細胞的轉(zhuǎn)移提供了新的研究窗口。

　　或許你還在為細菌和癌細胞會走迷宮的技能感到驚奇。但從進化的角度來看，無論是微生物還是癌細胞，它們已經(jīng)在地球上生存許久，年輕的人類現(xiàn)在可能僅僅只是在這些古老生物創(chuàng)造的“迷宮”門口徘徊。

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　　發(fā)現(xiàn)“癌細胞與原始細胞很像”的證據(jù)

　　一直以來，癌癥細胞一直是人類棘手的對頭，也是醫(yī)學(xué)研究最多的對象。

　　過去的一些研究給出了“癌細胞與原始細胞很像”的一些證據(jù)。比如，病毒、有害菌、有害化學(xué)物侵入之后，“潛入”細胞生命活動打擊細胞，而原始細胞會用休眠應(yīng)對危害，當(dāng)這些危害自然衰退后，再啟動生命活動。這種“臥薪嘗膽、伺機再戰(zhàn)”的特性也被發(fā)現(xiàn)在一些癌癥細胞中存在。

　　值得一提的是，這個研究給“癌細胞與原始細胞很像”找到了更確鑿的證據(jù)。該研究證實，癌細胞與原始細胞都能遠距離移動，并且移動原理也一樣。

　　此外，香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授于君團隊近期在胃癌組織中發(fā)現(xiàn)了細菌，并且觀測到了壞細菌的增多。

　　“國外科學(xué)家最近也在癌癥組織中發(fā)現(xiàn)了細菌，但現(xiàn)在說不清楚細菌是怎么來的，是細菌引起的癌癥還是免疫系統(tǒng)出現(xiàn)漏洞后，它們乘虛而入的。”朱寶利說，也可能是其他的原因。

　　張佳星