記者4月2日從中國科學技術大學獲悉，該校物理係袁軍華、張榕京課題組通過聯合使用細菌三維追蹤技術與鞭毛絲動態熒光觀察技術，發現了銅綠假單胞菌的新遊動模式。該研究結果于近日發表在《美國科學院院報》上。
細菌運動是其生存和感染宿主的關鍵。細菌通過遊動模式之間的交替轉換來探索環境。不同于周身多鞭毛的大腸桿菌，銅綠假單胞菌是一種典型的極性單鞭毛細菌，在可旋轉鞭毛馬達的驅動下，它在液體中實現遊動模式切換：鞭毛逆時針旋轉時推動胞體前進，鞭毛順時針旋轉時拖曳胞體後退。
傳統認為銅綠假單胞菌通過交替“前進—後退”的方式實現環境探索，中間或許間隔著短暫的停頓，因此對環境探索的效率不高。細菌經過億萬年的進化，會不會有更高效的方式來探索環境呢？
課題組借助基因編輯手段改進了其鞭毛絲熒游標記效率，在該細菌中實現了遊動三維追蹤及鞭毛絲動態行為的同步觀測，從而發現了一種全新遊動模式，即“wrap”模式。在這種狀態下，胞體取向不穩定從而容易發生轉向。因此，wrap態發生在由後退態切換到前進態的過程中，經統計其發生概率約40%。通過比較“後退前進”及“後退—wrap—前進”這兩種方式下遊動方向改變的統計分布，課題組發現wrap態使得細菌遊動方向的改變隨機均勻地分布在4pi立體空間，從而極大地提高了細菌探索環境的效率，另外通過對細菌趨化遊動的隨機動力學模擬亦確證了wrap態在提升細菌趨化水準上的效力。
在自然界中存在種類豐富的極性鞭毛細菌，課題組發現的遊動新模式可能在極性鞭毛細菌中廣泛存在。此處發現的由鉤形鞘力學屈曲失穩來實現遊動方向改變的物理機制，對設計人工微納機器也有啟發。（記者 陳婉婉）
