Удивительное открытие учёных: кишечная палочка (Escherichia coli), обычный обитатель нашего организма, обладает способностью формировать нечто вроде «воспоминаний» о прошлых условиях и передавать эти стратегии выживания своему потомству. Ключевую роль в этом процессе играет уровень внутриклеточного железа. Это открытие может стать прорывом в борьбе с устойчивостью бактерий к антибиотикам, предлагая новые подходы к терапии.
Адаптация и память в мире бактерий
Для выживания в постоянно меняющейся среде бактерии вынуждены быстро адаптироваться. Они воспринимают внешние сигналы и почти мгновенно реагируют на них, изменяя активность своих генов. Однако эти реакции обычно кратковременны и исчезают вместе с сигналом. Чтобы действовать более эффективно, микроорганизмы, как выяснилось, используют особую форму клеточной памяти, которая помогает им оптимизировать свои ответы на повторяющиеся события.
Ранее было известно, что такая «бактериальная память» может влиять на форму колоний, взаимодействие с организмом-хозяином и устойчивость к антибиотикам. Поскольку у бактерий нет нервной системы, механизмы памяти основаны на генетических и эпигенетических изменениях. Интересно, что в отличие от мозга, который использует универсальные принципы для запоминания, бактериальная память сильно зависит от конкретного типа воздействия.
«Бактерии, конечно, лишены мозга, но они умеют собирать информацию из окружающей среды. Если они часто сталкиваются с определёнными условиями, то могут сохранить этот опыт и в будущем использовать его для своей выгоды», — поясняет Сувик Бхаттачария из Техасского университета. Например, бактерии, которые уже переживали процесс «роения» — коллективного перемещения по поверхности, — в следующий раз делают это гораздо эффективнее.
Долгое время механизмы этой памяти и возможность её наследования оставались загадкой. Чтобы разобраться в этом, команда Бхаттачарии из Университета штата Делавэр провела масштабное исследование на примере хорошо изученной бактерии Escherichia coli.
Железо — ключ к бактериальной памяти
Escherichia coli — распространённая бактерия, обитающая в кишечнике человека и животных. Большинство её штаммов безвредны, но некоторые вызывают серьёзные отравления и инфекции. Благодаря простоте культивирования, эта бактерия стала идеальным объектом для экспериментов. В новом исследовании, опубликованном в авторитетном журнале PNAS, учёные детально изучили процесс роения E. coli.
Роение — это коллективная миграция бактерий с помощью жгутиков, цель которой — освоение новых территорий.
Обратите внимание: В течение четырех лет британская компания Vertical Aerospace хочет ввести в эксплуатацию летные такси с дальностью полета до 800 км.
В полутвёрдых питательных средах (например, в мягком агаре) бактерии могут активно двигаться, что позволяет наблюдать за их поведением. Колонизация новых поверхностей — сложная задача, и здесь бактериальная память оказывается как нельзя кстати. Чтобы проверить её наличие, исследователи проанализировали более 10 000 кластеров бактерий.
Результаты оказались поразительными. Оказалось, что склонность бактерий к миграции или, наоборот, к образованию биоплёнок (плотных сообществ на поверхности) напрямую зависит от уровня железа в клетке. Бактерии с низким содержанием железа чаще собираются в подвижные группы, готовые к роению. Те же, у кого железа много, предпочитают оседлый образ жизни и формируют биоплёнки. Интересно, что у бактерий, устойчивых к антибиотикам, уровень железа, как правило, сбалансирован.
Наследование опыта
Память, связанная с железом, наблюдалась у свободно плавающих (планктонных) клеток, но процесс роения усиливал её на несколько часов. Бактерии с изначально низким уровнем железа начинали миграцию быстрее и эффективнее. Учёные предполагают, что падение концентрации железа служит сигналом «пора искать новое место», а высокий уровень указывает на то, что текущее местоположение благоприятно для жизни и создания биоплёнки.
Самое удивительное открытие — это наследование памяти. «Воспоминания» материнской клетки о том, как лучше себя вести (роиться или образовывать биоплёнку), передавались по наследству вплоть до четырёх поколений потомков. Хотя к седьмому поколению память естественным образом стиралась, исследователи смогли искусственно продлить её действие. Это доказывает, что бактериальная память — не случайное явление, а регулируемый механизм адаптации.
Бхаттачарья отмечает, что использование железа в качестве носителя памяти выглядит логично с эволюционной точки зрения. Железо было ключевым элементом для зарождения жизни на Земле, и древние клетки широко использовали его в своих процессах. Этот древний механизм частично сохранился, и сегодня железо является важным фактором вирулентности (способности вызывать заболевание) бактерий. Таким образом, targeting iron metabolism может стать новой стратегией в борьбе с антибиотикорезистентностью. «Чем лучше мы понимаем поведение бактерий, тем эффективнее можем им противостоять», — заключают авторы исследования.
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.