Стареют ли бактерии?

Любой организм, который живёт, растёт и размножается, должен стареть. Старение происходит на молекулярном уровне внутри клеток, где накапливаются повреждения.

Бинарное деление: ключ к бессмертию?

Бактерии размножаются бинарным делением, быстро удваивая ДНК и делясь надвое. Долгое время считалось, что это симметричное деление, производящее идентичные родительскую и дочернюю клетки, что ведёт к «функциональному бессмертию» популяции. Асимметричное деление, при котором родитель старше потомка, считалось необходимым для старения.

В 2005 году учёные показали, что Escherichia coli демонстрирует различия между «старой» родительской и «новой» дочерней клетками. Старые клетки со временем снижают скорость роста и производство потомства, а также умирают чаще, чем их молодое потомство. Таким образом, деление является функционально асимметричным, что приводит к старению клеток.

Асимметричное деление контролирует повреждения

Математические модели и данные 2005 года позже показали, что асимметрия важна для популяции, повышая её приспособленность за счёт поддержания генетической изменчивости, на которую действует естественный отбор.

Частично это объясняется агрегацией белков — фактором старения как у бактерий, так и в эукариотических клетках. Белковые агрегаты токсичны и могут вызывать гибель клеток. В E. coli белки также агрегируют. В результате асимметричного деления старые клетки накапливают эти повреждения, сохраняя своё потомство молекулярно «молодым».

Стресс старит и бактерий, и людей

Стресс — ещё один фактор, способствующий старению. Исследование 2024 года показывает, что это верно и для E. coli. Клетки накапливают мутации в течение жизни. Некоторые из них, например, приводящие к потере функции важного белка, могут быть нелетальными, но негативно влиять на приспособленность клетки.

Учёные проанализировали эффекты более 60 различных нелетальных мутаций с потерей функции у E. coli, включая мутантов с нефункциональными АТФ-синтазами — крупными белковыми комплексами, позволяющими клеткам генерировать энергию в виде АТФ.

Такие мутанты увеличивают метаболическую активность для компенсации мутации, что имеет свою цену: они растут медленнее, а некоторые быстрее, чем немутанты, особенно в условиях бедного питательными веществами окружения, входят в «пострепликативное» состояние, подобное чистилищу.

Исследователи предположили, что существует «стоимость старения», связанная с поддержанием устойчивости к стрессу на уровне популяции. Факторы, способствующие старению бактерий, могут изучаться как новые мишени для антибиотиков.

Бактерии — интересная модель для изучения молекулярных механизмов возрастного упадка благодаря быстрому и устойчивому росту, позволяющему наблюдать многие поколения в относительно коротком эксперименте.