草履虫与蓝藻相遇：二如何合二为一

当两个生物体如此紧密地生活在一起，以至于它们融合成一个功能单元时，这被称为共生。在“1+1=1”项目中，一个国际跨学科研究小组正在研究如何以有针对性的方式创建微生物之间的合成共生关系，以及这揭示了复杂细胞结构的形成。

Forschungszentrum Jülich生物与地球科学研究所的研究人员和工程师参与了该项目。作为该项目的一部分，研究人员借鉴了植物世界进化的见解。通过实验方法，他们旨在获得对生物体内合成共生的前所未有的见解，从而为生物技术和医学开辟新的前景。

与Forschungszentrum Jülich一起，密歇根州立大学（美国）和格勒诺布尔的CNRS（法国）也参与了该项目。

大约10亿年前，一种具有细胞核的单细胞生物吸收了一种蓝藻——一种能够进行光合作用的细菌。两人没有消化它，而是开始密切合作。小伙伴提供糖和氧气，而大宿主细胞提供保护和营养。

在进化过程中，蓝藻成为细胞不可或缺的一部分：叶绿体。一加一又变成了一个——一个新的、更复杂的整体。这就是第一批植物的形成过程，也是所有依赖氧气的生命的基础。

“1+1=1”项目现在正将这一基本步骤置于显微镜下。目的是在受控条件下观察一个生物体如何与另一个细胞形成共生关系。草履虫作为宿主细胞，在自然界中与小球藻形成天然共生关系。

这项研究发表在《芯片实验室》杂志上。

研究人员现在想研究草履虫是否也能与蓝藻融合或合作。为此，他们以有针对性的方式对蓝藻进行了基因改造。然后，蓝藻能够排泄糖分子——这是它们通常不具备的能力——以“吸引”草履虫共生。

这些实验是在Forschungszentrum Jülich专门开发的微芯片上进行的，它们可以精确控制光照、温度和营养物质的可用性。科学家们故意给草履虫施加压力，希望它们能接受人工共生体。

使用高分辨率的自动显微镜，研究人员可以记录数千种相互作用，并使用自主开发的AI图像分析方法进行分析。然后使用最先进的3D电子显微镜检查特别有前景的病例，以揭示细胞中微妙的结构变化。

“我一直对进化产生的生物和生化过程的复杂性着迷，以及我们对它们的了解有多少。一个美国人、一个法国人和一个德国人联手重建一个可能在大约10亿年前只发生过一次的进化过程，这听起来几乎像是一个笑话的开始。然而，它背后有真正的科学——有巨大的新发现潜力，”Forschungszentrum Jülich的项目经理Dietrich Kohlheyer博士说。

虽然这是基础研究，但潜在的应用是深远的。微生物相互作用，特别是共生，在几乎所有的栖息地都发挥着关键作用。

新的发现和技术可能会导致医学和生物技术的许多发展，例如，微生物组和肠道健康、新的抗菌剂、通过微生物生产物质的工业循环经济以及植物健康。

从长远来看，该项目的研究结果可能有助于开发新的疗法，建立可持续的生产工艺，或改进植物保护策略。p