Extracellular-matrix-mediated osmotic pressure drives Vibrio cholerae biofilm expansion and cheater exclusion.
Extracellular-matrix-mediated osmotic pressure drives Vibrio cholerae biofilm expansion and cheater exclusion.
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细胞外矩阵介导的渗透压驱动弧菌霍乱生物膜膨胀和作弊者排除。
DOI：
10.1038/s41467-017-00401-1
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发表时间：
2017-08-23
影响因子：
16.6
通讯作者：
Bassler BL
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yan J;Nadell CD;Stone HA;Wingreen NS;Bassler BL
生物膜是一种包裹在细胞外基质中的细菌表面附着群落，是细菌生活的主要方式。基质的材料性质如何有助于生物膜生长和稳健性在很大程度上是未探索的，特别是在响应于环境扰动，如渗透压的变化。在这里，使用霍乱弧菌作为我们的模式生物，我们表明，在活跃的细胞生长，基质生产使生物膜居住的细菌细胞建立生物膜和外部环境之间的渗透压差。这种压力差通过物理膨胀殖民地促进营养表面上的生物膜扩张，这增强了营养吸收，并使产生基质的细胞能够通过物理排斥胜过不产生基质的骗子。渗透压与基质的交联一起也控制浸没的生物膜的生长和它们对渗透性细胞入侵的敏感性。由于基质交联和渗透溶胀的基本物理化学原理是普遍的，我们的研究结果可能对其他生物膜形成细菌物种有影响。大多数细菌生活在生物膜中，表面附着的群落包裹在细胞外基质中。在这里，Yan等人表明，霍乱弧菌中的基质产生增加了生物膜内的渗透压，促进了生物膜扩张和物理排斥非基质产生的作弊者。
Biofilms, surface-attached communities of bacteria encased in an extracellular matrix, are a major mode of bacterial life. How the material properties of the matrix contribute to biofilm growth and robustness is largely unexplored, in particular in response to environmental perturbations such as changes in osmotic pressure. Here, using Vibrio cholerae as our model organism, we show that during active cell growth, matrix production enables biofilm-dwelling bacterial cells to establish an osmotic pressure difference between the biofilm and the external environment. This pressure difference promotes biofilm expansion on nutritious surfaces by physically swelling the colony, which enhances nutrient uptake, and enables matrix-producing cells to outcompete non-matrix-producing cheaters via physical exclusion. Osmotic pressure together with crosslinking of the matrix also controls the growth of submerged biofilms and their susceptibility to invasion by planktonic cells. As the basic physicochemical principles of matrix crosslinking and osmotic swelling are universal, our findings may have implications for other biofilm-forming bacterial species. Most bacteria live in biofilms, surface-attached communities encased in an extracellular matrix. Here, Yan et al. show that matrix production in Vibrio cholerae increases the osmotic pressure within the biofilm, promoting biofilm expansion and physical exclusion of non-matrix producing cheaters.
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DOI：
10.1073/pnas.1212429109
发表时间：
2012-11-13
影响因子：
11.1
作者：
Asally, Munehiro;Kittisopikul, Mark;Sueel, Guerol M.
通讯作者：
Sueel, Guerol M.
DOI：
10.1073/pnas.1300321110
发表时间：
2013-03-12
影响因子：
11.1
作者：
Drescher, Knut;Shen, Yi;Stone, Howard A.
通讯作者：
Stone, Howard A.
影响因子：
3.2
作者：
Giglio, Krista M.;Fong, Jiunn C.;Sondermann, Holger
通讯作者：
Sondermann, Holger
DOI：
10.1126/science.1222981
发表时间：
2012-07-13
期刊：
Science (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
Berk V;Fong JC;Dempsey GT;Develioglu ON;Zhuang X;Liphardt J;Yildiz FH;Chu S
通讯作者：
Chu S
影响因子：
3.6
作者：
Damron FH;Goldberg JB
通讯作者：
Goldberg JB