Бактерии могут передавать память потомкам
Международная команда исследователей под руководством учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) обнаружила, что у бактерий существует «память», которая передаёт сенсорную информацию от одного поколения клеток к следующему, без участия центральной нервной системы или нейронов.
«Это огромная неожиданность для нас и для всей области», — заявил Джерард Вонг, профессор биоинженерии, химии и биохимии, член Калифорнийского института наносистем и один из старших авторов исследования.
Эти открытия — важный шаг к пониманию трудноизлечимых инфекций, вызываемых бактериальными биоплёнками у людей с муковисцидозом.
Команда изучала штамм бактерий Pseudomonas aeruginosa, который образует биоплёнки в дыхательных путях пациентов с муковисцидозом и вызывает стойкие, потенциально летальные инфекции. Бактериальные биоплёнки также могут формироваться на хирургических имплантатах (например, искусственном тазобедренном суставе), приводя к их отторжению.
«Первый шаг в формировании биоплёнки — это способность бактерий почувствовать поверхность и прикрепиться к ней, — пояснил Кэлвин Ли, аспирант UCLA и соавтор исследования. — Впервые нам удалось проследить поведение целых линий отдельных клеток, и мы обнаружили, что потомки могут помнить сигналы распознавания поверхности, полученные их предками».
Результаты были опубликованы онлайн в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как изучали память бактерий
Для анализа клеток, которые «чувствуют» поверхность, учёные использовали:
- Многопоколенный метод отслеживания клеток, разработанный группой Вонга.
- Несколько методов анализа данных, включая технику обработки сигналов, обычно применяемую для анализа высоты тона в музыке (её первое известное применение для биологических измерений).
Ключевое открытие
Подход выявил, что два события связаны ритмическим паттерном:
- Экспрессия циклического АМФ (сигнальной молекулы внутри бактериальных клеток).
- Активность пилей IV типа (отростков на клетках, участвующих в движении).
Эти события разделены всего несколькими часами. Именно этот ритмический паттерн позволяет бактериям «чувствовать и помнить», что критически важно для их решения подавить подвижность, стать неподвижными и в конечном итоге необратимо прикрепиться к поверхности для формирования биоплёнки.
Как отметил Джордж О’Тул, соавтор исследования и профессор Медицинской школы Гейзеля в Дартмуте, это открытие позволило понять, как обратимая и необратимая адгезия связаны на ранних стадиях формирования биоплёнки — концепции, описанные ещё в 1930-х годах.