Новое исследование показывает, что одноклеточная бактерия Escherichia coli, которая широко распространена в нашем организме, способна «помнить» свои прошлые часы и передавать свои стратегии заражения поколениям. Считается, что на эту форму памяти частично влияет уровень внутриклеточного железа — важное открытие, которое может помочь в разработке стратегий борьбы с устойчивостью бактерий к антибиотикам.
Чтобы обеспечить максимальное выживание, бактерии должны постоянно адаптироваться к значительным колебаниям окружающей среды. Для этого они поглощают сигналы окружающей среды посредством процесса трансдукции, вызывая соответствующие транскрипционные ответы. Эти реакции возникают в течение нескольких минут и исчезают одновременно с сигналом. Чтобы оптимизировать время реакции, эти организмы, по-видимому, используют ту или иную форму памяти.
Предыдущие исследования показали, что «бактериальная память» может влиять на морфологию отдельных или коллективных колоний, их взаимодействие с хозяином и защиту от иммунных клеток или антибиотиков. Учитывая, что у бактерий нет ни нейронов, ни синапсов, этот механизм хранения памяти в основном задействует генетические и эпигенетические факторы. Более того, этот процесс памяти зависит от природы стимула, в отличие от нервной системы, которая использует одни и те же молекулярные процессы для запоминания ответов на все типы стимулов.
«У бактерий нет мозга, но они могут собирать информацию об окружающей среде, и если они регулярно подвергаются воздействию этой среды, они могут хранить ее и позже быстро использовать ее в своих целях», — объясняет Сувик Бхаттачария из института. Техасский университет. Таким образом, было отмечено, что бактерии, прошедшие опыт «роения» (коллективной миграции и размножения на определенной территории), могут впоследствии улучшить свою производительность в ходе того же опыта.
Однако механизмы этого процесса памяти плохо изучены, а возможность генетической передачи не рассматривается. Основываясь на этом, Бхаттачарья и его коллеги из Университета штата Делавэр изучили механизмы бактериальной памяти у Escherichia coli, одной из наиболее широко изученных бактерий в биологии.
Память контролируется уровнем железа
E coli — это бактерия, которая естественным образом встречается в пищеварительном тракте человека и других теплокровных животных. Хотя большинство штаммов безвредны, некоторые из них патогенны для человека и часто вызывают тяжелые пищевые отравления или инфекции. Эту бактерию особенно легко культивировать, и она стала предметом многочисленных экспериментальных исследований. Новое исследование, опубликованное в Трудах Национальной академии наук, отслеживало процесс их роения.
Групповая миграция благодаря наличию жгутиков представляет собой коллективную адаптацию, направленную на расширение группы.
Обратите внимание: В течение четырех лет британская компания Vertical Aerospace хочет ввести в эксплуатацию летные такси с дальностью полета до 800 км.
В полутвердых средах E coli обычно слипаются, тогда как в полностью твердых средах они неподвижны. «Мягкий» агар (т е агар с низким содержанием гелеобразователя) особенно пригоден для культивирования, поскольку он обеспечивает оптимальное количество воды и не препятствует движению жгутиков.Колонизация поверхностей создает различные трудности (физические и пищевые), требующие использования бактериальной памяти. Чтобы определить, запомнили ли бактерии механизм адаптации, новое исследование отслеживало условия их миграции с помощью более чем 10 000 кластерных тестов.
Замечено, что бактерии с низким содержанием внутриклеточного железа более склонны к агрегации. С другой стороны, бактерии, образующие биопленки (плотную липкую сеть бактерий, образующихся путем скопления на поверхности субстрата), имеют более высокое содержание железа. Кроме того, бактерии, изолированные или выращенные в жидких средах, имеют разный уровень железа. Бактерии, устойчивые к антибиотикам, имеют относительно сбалансированное содержание железа.
Следует отметить, что эта опосредованная железом память наблюдалась в планктонных клетках, но роение, по-видимому, усилило ее в течение нескольких часов. В то время как низкие сидерофоры начинают этот процесс более быстро и эффективно, высокие сидерофоры менее эффективны. Авторы исследования полагают, что падение уровня железа является триггером памяти, который побуждает людей мигрировать, чтобы собрать больше железа. С другой стороны, когда уровень железа высок, бактериальная память указывает на то, что колонизированная поверхность является хорошим местом для жизни и образования биопленок.
Также впервые было показано, что бактериальная память передается по наследству. Колонийный потенциал материнской клетки запоминается и передается через 4 поколения дочерних клеток. Хотя воспоминания естественным образом исчезают в седьмом поколении, их можно искусственно контролировать и сохранять в течение более длительных периодов времени.
Бхаттачарья считает, что использование железа бактериями очень логично, поскольку оно является ключевым элементом для возникновения и эволюции жизни на Земле. До того, как в атмосфере Земли появилось большое количество кислорода, примитивные клетки могли использовать железо для многих клеточных процессов. Этот механизм, по-видимому, частично сохранился и сегодня, поскольку известно, что железо является важным фактором вирулентности и, таким образом, может быть потенциально многообещающей терапевтической мишенью для борьбы с устойчивостью к антибиотикам. Исследователи пришли к выводу: «В конечном счете, чем больше мы понимаем, как ведут себя бактерии, тем легче будет с ними бороться.
Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/bakterii-hranyat-vospominaniya-i-peredajut-ih-v-techenie-neskolkih-pokolenij/
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Бактерии хранят "воспоминания" и передают их в течение нескольких поколений.