Бактерии хранят "воспоминания" и передают их из поколения в поколение
Значение памяти в принятии решений бактериями относительно мало изучено.
Ученые обнаружили, что бактерии могут создавать нечто вроде памяти о том, когда формировать стратегии, которые могут вызывать опасные явления, такие как резистентность к антибиотикам и бактериальные рои, когда миллионы бактерий собираются вместе на одной поверхности. Новое открытие, которое может найти применение в профилактике и борьбе с бактериальными инфекциями, а также в борьбе с резистентными к антибиотикам бактериями, связано с общим химическим элементом, который бактериальные клетки могут использовать для формирования и передачи этих воспоминаний своим потомкам в последующих поколениях.
Бактериальный рой на чашке. Фото: The University of Texas at Austin
Исследователи из Техасского университета обнаружили, что E. coli используют уровень железа для хранения информации о различных формах поведения, которые затем могут быть активированы в ответ на определенные стимулы. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ранее ученые уже наблюдали, что бактерии, имевшие опыт роения (коллективного перемещения по поверхности), улучшают последующее роение. Исследовательская группа решила выяснить, почему это происходит. У бактерий нет нейронов, синапсов и нервных систем, поэтому их воспоминания не похожи на воспоминания о задувании свечей на дне рождения в детстве. Они больше похожи на информацию, хранящуюся в компьютере. "У бактерий нет мозга, но они могут собирать информацию из окружающей среды, и если они часто сталкивались с этой средой, то могут хранить эту информацию и быстро обращаться к ней в дальнейшем", - пояснил Сувик Бхаттачария, ведущий автор работы.
В основе этого явления лежит железо, один из самых распространенных элементов на Земле. Сингулярные и свободно плавающие бактерии имеют разный уровень содержания железа. Ученые заметили, что бактериальные клетки с более низким содержанием железа лучше роятся. Напротив, бактерии, образующие биопленки имели высокий уровень железа. Бактерии, устойчивые к антибиотикам, также имели сбалансированный уровень железа. Такая память о железе сохраняется в течение как минимум четырех поколений и исчезает к седьмому поколению. "Проведя >10 000 анализов роения одиночных клеток, мы обнаружили, что клетки хранят память в виде уровня клеточного железа. Эта "железная" память уже существует в планктонных клетках, но акт роения усиливает ее", - говорит Бхаттачария.
Исследователи предполагают, что при низком уровне железа воспоминания бактерий приводят к формированию быстро перемещающегося мигрирующего роя в поисках железа в окружающей среде. Когда уровень железа высок, воспоминания указывают на то, что данная среда является благоприятным местом для сохранения и формирования биопленки. "Уровень железа, безусловно, является мишенью для терапевтических средств, поскольку железо - важный фактор вирулентности", - утверждает Бхаттачария. "Учитывая центральную роль железа в клеточном метаболизме, память, основанная на железе, может стать преимуществом, обеспечивающим связь между различными стрессовыми реакциями, такими как выживание под действием антибиотиков и образование биопленок."
Источник: University of Texas at Austin