Бактерии хранят «воспоминания» и передают их по наследству

Учёные обнаружили, что бактерии могут формировать подобие воспоминаний о том, когда применять стратегии, вызывающие опасные инфекции у людей, например, устойчивость к антибиотикам или образование роя (swarm), когда миллионы бактерий собираются на одной поверхности. Открытие, которое может найти применение в предотвращении и борьбе с бактериальными инфекциями и устойчивыми к антибиотикам бактериями, связано с распространённым химическим элементом, который бактериальные клетки используют для формирования и передачи этих воспоминаний своему потомству в последующих поколениях.

Исследователи из Техасского университета в Остине выяснили, что бактерии E. coli используют уровень железа как способ хранения информации о различных типах поведения, которые затем могут активироваться в ответ на определённые стимулы.

Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Учёные ранее наблюдали, что бактерии, имевшие предыдущий опыт роения (коллективного перемещения по поверхности с помощью жгутиков), улучшают свои последующие результаты. Команда исследователей решила выяснить, почему. У бактерий нет нейронов, синапсов или нервной системы, поэтому их воспоминания не похожи на человеческие. Они скорее аналогичны информации, хранящейся на компьютере.

«У бактерий нет мозга, но они могут собирать информацию из окружающей среды, и если они часто сталкивались с этой средой, то могут хранить эту информацию и быстро использовать её позже для своей выгоды», — пояснил ведущий автор исследования Сувик Бхаттачарья.

Всё сводится к железу, одному из самых распространённых элементов на Земле. У одиночных свободноплавающих бактерий уровень железа различается. Учёные обнаружили, что бактериальные клетки с более низким уровнем железа лучше образуют рой. Напротив, у бактерий, формирующих биоплёнки (плотные липкие скопления на твёрдых поверхностях), в клетках был высокий уровень железа. У бактерий с устойчивостью к антибиотикам уровень железа был сбалансирован. Эти «железные воспоминания» сохраняются как минимум четыре поколения и исчезают к седьмому.

«До того как в атмосфере Земли появился кислород, ранние клеточные формы жизни использовали железо для многих клеточных процессов. Железо критически важно не только для происхождения жизни на Земле, но и для её эволюции. Логично, что клетки используют его таким образом», — отметил Бхаттачарья.

Исследователи предполагают, что при низком уровне железа «воспоминания» запускают формирование быстро движущегося мигрирующего роя для поиска железа в окружающей среде. При высоком уровне железа «воспоминания» указывают, что эта среда — хорошее место, чтобы закрепиться и сформировать биоплёнку.

«Уровень железа определённо является мишенью для терапии, потому что железо — важный фактор вирулентности. В конечном счёте, чем больше мы знаем о поведении бактерий, тем легче с ними бороться», — заключил Бхаттачарья.