Микробная память: бактерии роятся, опираясь на унаследованный опыт.

Даже организмы, лишённые мозга, способны помнить своё прошлое. Учёные обнаружили, что бактерии Escherichia coli формируют собственные «воспоминания» о контакте с питательными веществами и передают эти воспоминания следующим поколениям, что помогает им уклоняться от действия антибиотиков. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences USA.

Бактерии могут передавать опыт?

«Обычно мы представляем микробов как одноклеточные организмы, каждый из которых сам по себе», — говорит микробиолог Дартмутского колледжа Джордж О’Тул, изучающий бактериальные структуры, называемые биоплёнками. На деле бактерии часто выживают благодаря совместным действиям. Подобно тому как медоносные пчёлы переселяются всем ульем, бактериальные колонии в поисках постоянного дома нередко путешествуют коллективными группами — роями.

Такие рои лучше противостоят антибиотикам за счёт высокой плотности клеток, чем вызывают особый интерес у микробиологов, в том числе у Сувика Бхаттачарии из Техасского университета в Остине. Изучая роение E. Coli, он заметил то, что называет «странными колониальными узорами», которых раньше никогда не видел. Выделяя отдельные бактерии, он с коллегами обнаружил, что клетки ведут себя по-разному в зависимости от прежнего опыта. Бактерии из колоний, которые уже роились, с большей вероятностью роились снова по сравнению с теми, кто этого не делал, а их потомство повторяло такое поведение на протяжении по меньшей мере четырёх поколений — около двух часов.

Точечно изменяя геном E. coli, исследователи установили, что в основе этой способности лежат два гена, совместно управляющие поглощением и регуляцией железа. Клетки с пониженным уровнем этого важного для бактерий элемента были предрасположены к образованию подвижных роёв. Учёные предполагают, что такие рои могут затем искать новые места с оптимальной концентрацией железа, поясняет Бхаттачария.

Ранее уже было показано, что некоторые бактерии способны запоминать и передавать потомству информацию о физических параметрах среды — например, о наличии стабильной поверхности, — отмечает О’Тул. Однако новая работа свидетельствует, что бактерии могут запоминать и присутствие питательных веществ. Микроорганизмы, некоторые из которых делятся по нескольку раз в час, используют эти сведения, чтобы оценить долговременную пригодность места, и могут в итоге совместно оседать в биоплёнках — более постоянных структурах.

По словам О’Тула, микробы помимо E. coli тоже, скорее всего, запоминают контакт с железом. «Я буду очень удивлён, если эти результаты не подтвердятся и у других организмов», — говорит он. Учёный надеется, что дальнейшие исследования на клеточном уровне покажут, как именно бактерии преобразуют сигнал о наличии железа в различные формы поведения.

Поскольку бактерии, образующие крупные структуры, уничтожить труднее, понимание причин такого поведения в перспективе может подсказать новые подходы к лечению устойчивых инфекций. Эта работа даёт возможность разрабатывать новые средства борьбы с инфекциями, подчёркивает О’Тул, — что особенно важно в условиях, когда антибиотики становятся всё менее эффективными против микробов.

Источник: Элисон Пэршелл, Scientific American № 330, январь 2024.

Предыдущая статья:
Живые ископаемые постоянно меняются.