Бактерии демонстрируют сложный сенсорный ответ на основе относительных изменений

Новое исследование показало, что даже простые микроорганизмы, такие как бактерия Escherichia coli, способны к удивительно сложной сенсорной адаптации. Они реагируют не на абсолютную величину химических стимулов, а на их относительное изменение по сравнению с фоновым уровнем — явление, известное как восприятие «кратного изменения» (fold change).

Суть открытия

• Учёные из Института AMOLF и MIT впервые описали биологическую систему, где сенсорная адаптация настолько точна, что поведение организма остаётся идентичным даже в постоянно меняющихся фоновых условиях.
• Изучалась хемотаксис — изменение плавательного поведения бактерий в ответ на градиенты питательных веществ.
• Эксперименты с использованием микрофлюидных устройств и метода Фёрстеровского резонансного переноса энергии (FRET) показали: если размер градиента питательных веществ увеличить или уменьшить во столько же раз, во сколько изменился их фоновый уровень, реакция бактерий будет одинаковой.

Значение и механизм

• Преимущество: Такое «перемасштабирование» хемотаксиса даёт бактериям эволюционное преимущество при поиске пищи в неоднородных средах, например, в океане, где микромолярные и миллимолярные импульсы питательных веществ соседствуют с наномолярным фоном.
• Новизна: Относительное восприятие работает не только для мгновенных, но и для постепенных изменений сенсорного входа. Бактерии постоянно игнорируют меняющийся фон и реагируют на контраст (изменение относительно текущего фона).
• Простота системы: Молекулярные механизмы приёма и обработки сигнала у E. coli хорошо изучены, что позволяет напрямую связать их с наблюдаемым поведением организма.

Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, демонстрирует, что даже у простейших форм жизни сенсорные системы могут достигать высокой степени изощрённости.