表面上看细菌似乎只是种平平无奇的微生物，但实际上，在它内部还发生着许多我们看不见的事。
许多年来，科学家都认为细菌是没有内部结构的。现在，有一组研究人员已经为我们描绘了在细菌内部异常神秘而丰富的结构和区室。近日他们在《细菌学杂志》[2]的报道中称，没有人知道这些结构的功能，但是对于细菌来说必定是重要的，因为它们必须花费许多的精力来构建它们。
△ 研究人员发现一些神秘的结构，例如这些位于细胞膜（青绿）和那不勒斯盐疏杆状菌细胞壁（紫）之间被称为“囊泡”的泡状区室。上：冷冻成像实图；下：3D重建图。（图片来源：M.J. DOBRO）
另一组不同的科学家团队在6月23日的《科学》[3]杂志上介绍了第一个在原子尺度呈现的完整的细菌微区室。微区室是细菌用来将某些化学反应与细胞的其余部分分离的蛋白质壳。研究人员宣称，了解细菌微区室是如何组成的能够在生物技术和医学的应用中起到重要作用。
△ 细菌使用被称为“微区室”的蛋白质壳，将重要的化学反应集中在一个地方发生。现在研究人员已经为一种叫苍黄海无柄孢囊粘细菌（Haliangium Ochraceum）的海水细菌构建了一个完整的微区室的3D模型。由BMC-H蛋白（蓝色）和BMC-T蛋白（绿色）组成的六边形结构与由BMC-P蛋白（黄色）形成的五边形结构组合以产生壳。它是除病毒以外，科学家在原子层分辨率下看到的最大的蛋白质结构。（图片来源：MARKUS SUTTER, MSU/LBNL）
自20世纪50年代以来，生物学家已经认识到，光合蓝细菌可以制造出称为“羧化体”的微型区室，来为一种重要的光合酶提供居所。大约有20％的细菌具有制作类似微区室的基因，其中有些是不进行光合作用的细菌。许多这些微区室只有当细菌遇到可以当做食物的某些分子时才出现，例如，一些致病菌成微区室以帮助它们消化人体肠道内的粘液。
过去，许多研究人员致力于将微区室用于药物、工业化学品和生物燃料的制造，但遇到了许多困难，因为在这之前科学家并没有完全了解区室结构的构成。他们知道的是蛋白质会组合在一起形成五边形和六边形的单位元，但并不知道这些亚单位元是如何聚集在一起形成多面球形的。合成生物学家Danielle Tullman-Ercek说：“这就像玩乐高积木，但不懂每一块乐高是如何结合在一起的。”
△ 一种名为董氏突柄杆菌（Prosthecobacter debontii）的淡水细菌，其表面附有形似埃菲尔铁塔的附属物。左边显示的为冷冻成像图，右边为3D模型。大图为侧视图，左右顶端的小图为顶视图。（图片来源：M.J. DOBRO）
此外，医学微生物学家Michael Prentice说：“单个单位元是弯曲的，一侧的形状像杯子向内凹陷，另一侧则有一个凸起。但我们不清楚微区室的内侧是由凹面还是凸面形成的。”
在《科学》发表的最新论文中，由结构生物学家Cheryl Kerfeld领导的研究团队，结合了X射线晶体学和冷冻电镜术（低温电子显微镜）来检查细菌微区室。他们发现，细菌微区室的外侧是由杯状凹面覆盖，就像高尔夫球上的小凹洞一样。
△ 名为镎生丝单胞菌（Hyphomonas Neptunium）的海洋细菌通过生长的茎穿过螺旋纤维束。科学家认为这些火车轨道状的束可能由超螺旋DNA组成。（图片来源：M.J. DOBRO）
Kerfeld的研究团队还发现，亚单位元的侧面既可以以边对边的方式连接以形成平面，也能够以一定角度结合起来，形成曲面。有一些六边形亚单位会互相堆叠，使球体呈现不规则的外观。Kerfield的小组仍在探索亚单位元的方向会如何影响区室的功能。
△ 逗号形的霍乱弧菌（其中一些菌株会引起霍乱）有着长和网状灯丝的结构。（图片来源：M.J. DOBRO）
微区室并不是细菌内唯一的神秘结构，在过去十年间，结构细胞生物学家Grant Jensen和他的同事，用电子冷冻成像技术为88种细菌制造了超过15,000多幅图像。该技术涉及到快速冷冻细胞，使得水分子来不及能形成晶体，细胞得以存活的形式保留，从而让研究人员能看到它们内部真正的样子。
△ 一些细菌将膜弯曲成马蹄形囊泡，例如土壤和水中存在的这种名为真氧产碱杆菌（Ralstonia eutropha）的细菌，有助于在生物修复过程中分解化学物质。（图片来源：M.J. DOBRO）
Jensen的团队发现了许多不同形态的结构，有的像艾菲尔铁塔、有的像鱼钩、马蹄铁，铁轨，灯丝和网格等等。存在于细菌细胞内或细胞膜与细菌细胞壁之间的许多不同区室也变得明显起来。
△ 新月柄杆菌（caulobacter crescentus ）通常含有扁平囊泡（绿色），包裹着贮存颗粒（橙色）。（图片来源：M.J. DOBRO）
Jensen说：“我们发现它们的速度比我们能够识别它们的速度更快。”他们将这些图片发表在《细菌学杂志》上，并说：“我们认为将它们展现给所有人观看对科学进展来说是最好的。”他希望与其他研究人员一起研究这些图像，从而更好的解开这些结构的奥秘。
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