在這些圖像中，表達高親和力甲硫氨酸轉運系統的細胞以螢光綠色點亮。這會產生亮綠色和暗色菌落，並且克隆菌落也會出現部分亮點和部分暗色，意味著同一菌落中的細胞會「選擇」不同的路徑。圖片：格羅寧根大學

在乳品工業中起重要作用的乳酸乳球菌無法產生胺基酸甲硫氨酸，必須依靠從環境中吸收。為此，細菌具有兩個具有高親和力和低親和力的系統。格羅寧根大學的微生物學家發現，克隆種群中生長的細胞在使用的攝取系統上可能有所不同。此外，任何一個系統的選擇都經過了許多代的維護。這是第一次在胺基酸攝取途徑中觀察到這種穩定的異質性。研究結果於3月5日發表在《自然通訊》雜誌上。

眾所周知，克隆種群（所有細胞共享相同的基因）中生長的細菌仍然可以表現出不同的行為。在苛刻的條件下，某些細胞可能會通過形成孢子進入生存模式，而其他細胞則不會。格羅寧根大學分子遺傳學教授奧斯卡·奎珀斯（Oscar Kuipers）解釋說：「這是一種風險對沖。對於一個細胞來說，形成孢子是昂貴的。條件可能會改善，也可能不會。這兩種途徑都可以確保一部分細菌繼續存活。」

但是，這種策略在胺基酸轉運中從未見過。約納坦·埃爾南德斯·巴爾德斯（Jhonatan Hernandez-Valdes，他在在奎珀斯的指導下，獲得博士學位）在不同甲硫氨酸濃度的培養基中生長乳球菌。他在細胞中添加了一個信使基因，使之在表達高親和力甲硫氨酸轉運蛋白時發綠色螢光。但是，在低甲硫氨酸條件下，他注意到某些細胞沒有點亮。

起初，埃爾南德斯·瓦爾德斯（Hernandez-Valdes）認為他的細胞培養已被污染。但是經過幾次檢查，結果發現所有細胞都攜帶綠色螢光基因，儘管並非所有細胞都表達高親和力甲硫氨酸攝取系統。奎珀斯：「我們發現切換到高親和力系統的過程非常緩慢。您可以說細胞不願意切換。」

表達高親和力甲硫氨酸轉運蛋白（亮綠色）或低親和力轉運蛋白（黑暗）的單個細胞。圖片：格羅寧根大學

對沖

進一步的探索表明，一種稱為T-box核糖開關的原因是高親和力轉運蛋白表達的異質性。顯然，使用低或高親和力的轉運蛋白對甲硫氨酸的吸收沒有影響。「一個細胞走哪條路似乎是一個偶然的問題。但是一旦做出選擇，它會在十代以上的時間內保持不變。」

具有任一攝取系統的細胞在低甲硫氨酸條件下同樣生長良好。那麼為什麼會出現異質性呢？奎珀斯和他的同事提出了兩種可能的解釋。首先是風險對沖，這是細菌和高等生物中眾所周知的現象。在自然條件下，不投資高親和力運輸系統可能會帶來一些優勢。種群中的一些細胞在甲硫氨酸可用性上進行賭博，而其他細胞則採取安全路線，啟動高親和力系統，即使周圍的甲硫氨酸很少。

「另一種可能性是存在分工：例如，如果兩個亞群合作，則細胞可能開始排泄甲硫氨酸，或者死亡並分裂，從而使其胺基酸可用於其他細胞。但是這種情況是非常投機的。」 。

他繼續說：「我們知道異質性對細菌是一件好事。一克土壤中可能有成百上千種不同的菌株，它們都在為它們的優勢而戰。通過分成兩個種群，您可以更好地預測環境的變化。這始終是明智的策略。」