Бактерии оказались способны к сложному принятию решений

Новое исследование Университета Теннесси в Ноксвилле показало, что бактерии обладают более сложными механизмами принятия решений, чем считалось ранее. Это открытие — важный шаг в понимании того, как бактерии реагируют и адаптируются к изменениям окружающей среды.

  • Цель исследования: понять, как отдельные рецепторы бактерий, воспринимая среду, напрямую влияют на их поведение и способность к адаптации.
  • Объект исследования: вместо типичной модели Escherichia coli (у которой всего 5 рецепторов для движения) учёные во главе с профессором Глэдис Александер изучили более сложную почвенную бактерию Azospirillum brasilense, имеющую 48 таких рецепторов.
  • Ключевой рецептор: исследователи сосредоточились на рецепторе, предположительно связанном с фиксацией азота — процессом превращения атмосферного азота (N2) в аммоний (NH4+), доступный для всех организмов.

Ход и результаты эксперимента

  1. Учёные создали мутантные версии бактерии без этого рецептора.
  2. Мутанты потеряли способность определять правильный уровень концентрации кислорода, необходимый для фиксации азота (фермент, осуществляющий этот процесс, повреждается при высоком содержании O2).
  3. Это подтвердило гипотезу о роли рецептора.

Для понимания механизма работы рецептора привлекли эксперта по вычислительной биологии Игоря Жулина. На основе данных Александер он смоделировал структуру рецептора и предсказал, какая из более чем 100 аминокислот в его сенсорной части отвечает за определение точной концентрации кислорода. Этот вычислительный подход значительно ускорил исследование.

Значение и перспективы

Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, открывает путь к новым подходам:

  • Создание целевых лекарств для борьбы с патогенными бактериями.
  • Улучшение использования полезных бактерий в сельском хозяйстве и других областях.
  • Применение аналогичной методики для изучения рецепторов у других бактерий.

«Бактерии, в своём роде, — большие мыслители. Понимая, как они "ощущают" окружающую среду, мы можем найти новые способы работы с ними», — заключила Глэдис Александер.