Бактерии хранят воспоминания и передают их поколениям

Ученые обнаружили, что бактерии могут создавать что-то вроде воспоминаний о том, когда следует формировать стратегии, которые могут вызвать опасные инфекции у людей, например, устойчивость к антибиотикам и бактериальные рои, когда миллионы бактерий собираются вместе на одной поверхности. Открытие, которое имеет потенциальное применение для предотвращения и борьбы с бактериальными инфекциями, а также борьбы с бактериями, устойчивыми к антибиотикам, связано с общим химическим элементом, который бактериальные клетки могут использовать для формирования и передачи этих воспоминаний своему потомству в последующих поколениях.

 

Исследователи из Техасского университета в Остине обнаружили, что бактерии кишечной палочки используют уровень железа как способ хранения информации о различных формах поведения, которые затем могут быть активированы в ответ на определенные стимулы. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

Ранее ученые заметили, что бактерии, которые ранее имели опыт роения (передвижение по поверхности коллективом с помощью жгутиков), улучшают последующую производительность роения. Исследовательская группа под руководством UT решила выяснить, почему. У бактерий нет нейронов, синапсов и нервной системы, поэтому любые воспоминания не похожи на воспоминания о задувании свечей на детском дне рождения. Они больше похожи на информацию, хранящуюся на компьютере.

 

«У бактерий нет мозга, но они могут собирать информацию из окружающей среды, и, если они часто сталкивались с этой средой, они могут хранить эту информацию и быстро получать к ней доступ позже в своих интересах», — сказал ведущий автор исследования Сувик Бхаттачарья.

 

Все дело в железе, одном из самых распространенных элементов на Земле. Отдельные и свободно плавающие бактерии имеют разное содержание железа. Ученые заметили, что бактериальные клетки с более низким уровнем железа лучше роятся. Напротив, бактерии, которые образовывали биопленки — плотные, липкие маты бактерий на твердых поверхностях, имели высокий уровень железа в своих клетках. Бактерии с толерантностью к антибиотикам также имели сбалансированный уровень железа. Эти железные воспоминания сохраняются как минимум четыре поколения и исчезают к седьмому поколению.

 

«До того, как в атмосфере Земли появился кислород, ранняя клеточная жизнь использовала железо для многих клеточных процессов. Железо имеет решающее значение не только в зарождении жизни на Земле, но и в эволюции жизни», — сказал Бхаттачарья. «Имеет смысл, что клетки будут использовать его таким образом».

 

Исследователи предполагают, что когда уровень железа низкий, бактериальные воспоминания формируют быстро движущийся мигрирующий рой в поисках железа в окружающей среде. Когда уровень железа высок, воспоминания указывают на то, что эта окружающая среда является хорошим местом для образования биопленки.

 

«Уровень железа определенно является целью для терапии, поскольку железо является важным фактором вирулентности», — сказал Бхаттачарья. «В конечном счете, чем больше мы знаем о поведении бактерий, тем легче с ними бороться».