Коллективная память у бактерий

Индивидуальные бактериальные клетки обладают короткой памятью. Но группы бактерий могут развивать коллективную память, которая повышает их устойчивость к стрессу. Впервые это было продемонстрировано экспериментально в исследовании ученых из Eawag и ETH Zurich, опубликованном в PNAS.

Бактерии, подвергнутые умеренной концентрации соли, лучше переносят последующее воздействие более высокой концентрации, чем если бы предупреждающего события не было. Но у отдельных клеток этот эффект кратковременен: уже через 30 минут выживаемость больше не зависит от истории воздействия. Теперь два микробиолога из Eawag/ETH Zurich, Роланд Матис и Мартин Аккерман, сообщили о новом открытии, сделанном под микроскопом с бактерией Caulobacter crescentus, повсеместно распространенной в пресной и морской воде.

При наблюдении за всей популяцией, а не за отдельными клетками, бактерии, по-видимому, развивают своего рода коллективную память. В популяциях, подвергнутых предупреждающему событию, уровень выживаемости при втором воздействии через два часа после предупреждения выше, чем в популяциях, не подвергавшихся воздействию ранее. Используя компьютерное моделирование, ученые объяснили этот феномен сочетанием двух факторов. Во-первых, солевой стресс вызывает задержку клеточного деления, приводя к синхронизации клеточных циклов; во-вторых, вероятность выживания зависит от положения индивидуальной бактериальной клетки в клеточном цикле в момент второго воздействия. В результате синхронизации клеточных циклов чувствительность популяции меняется со временем. Ранее подвергнутые воздействию популяции могут быть более устойчивы к будущим стрессовым событиям, но иногда они могут быть даже более чувствительными, чем популяции без предшествующего воздействия.

Мартин Аккерман комментирует: «Если мы поймем этот коллективный эффект, это может улучшить нашу способность контролировать бактериальные популяции». Эти выводы актуальны, например, для понимания того, как патогены могут сопротивляться антибиотикам или как можно поддерживать производительность бактериальных культур в промышленных процессах или на очистных сооружениях в динамических условиях. В конце концов, бактерии играют решающую роль почти во всех био- и геохимических процессах. С человеческой точки зрения, в зависимости от конкретного процесса, они либо полезны — например, если они разлагают загрязнители или преобразуют питательные вещества в энергию, — либо вредны, особенно если вызывают заболевания. По словам Матиса, можно сделать еще один важный вывод: «Если вы хотите понять поведение и судьбу микробных популяций, иногда необходимо проанализировать каждую отдельную клетку».