У бактерий найден новый механизм памяти

Окрашенная микрофотография колонии бактерий синегнойная палочка.
Фото CDC/Janice Haney Carr/Wikimedia Commons.

Состоящие всего из одной клетки бактерии являются одной из наиболее примитивных жизненных форм на нашей планете. Но на молекулярном уровне они не так просты, как может показаться. Предыдущие исследования уже демонстрировали некоторые необычные приспособления, которые помогают микроорганизмам процветать в самых разных условиях. Например, революционная технология редактирования геномов CRISPR/Cas9 основана на механизме генетической памяти бактерий, которая позволяет им запоминать встречи с опасными вирусами и способы борьбы с ними, а затем передавать эту информацию следующим поколениям.

Теперь международная команда учёных нашла у бактерий ещё одну разновидность памяти, с помощью которой колония "записывает информацию" о том, как лучше прикрепляться к той или иной поверхности.

Джерард Вонг (Gerard Wong) и его коллеги из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе работали со штаммом бактерий синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa). Они могут формировать биоплёнку в дыхательных путях человека и вызывать опасные инфекции. Кроме того, колонии этих же микроорганизмов нередко вырастают на хирургических имплантатах, что представляет опасность для человека.

Живая плёнка представляет собой сплошной слой генетически идентичных бактерий, которые взаимодействуют между собой. Но, чтобы колонизировать поверхность, микробы сначала должны закрепиться на ней при помощи пилей – нитевидных структур на их оболочке, а затем подавить подвижность и объединиться с соседними клетками. И в новой работе исследователи впервые наблюдали, как целые линии бактериальных клеток помнили специфические сигналы, которые помогали их предкам прикрепляться к субстрату.

Команда использовала несколько новых методов анализа, включая измерение музыкального тона, который никогда раньше не использовался в биологии. С их помощью учёные искали в бактериальных клетках взаимосвязь между уровнем активности пилей и синтезом сигнальных молекул циклического аденозинмонофосфата (цАМФ).

Оказалось, что при первой встрече с поверхностью, когда бактерии "ощупывают" её и пытаются "приземлиться", они записывают оптимальный ритм активации и расслабления придатков с помощью цАМФ. В результате у успешно прикрепившихся клеток рост и падение уровня цАМФ происходили с определённым интервалом. Но самое удивительное заключалось в том, что все последующие бактерии колонии, полученные в результате деления исходной клетки, сразу демонстрировали тот же ритм синтеза цАМФ и движения пилей. Он позволял им в кратчайшее время занять своё место на субстрате и приступить к делению.

"Бактерии чувствуют и запоминают этот ритмический паттерн, который имеет решающее значение для того, чтобы подавить их активность, стать неподвижными и в конечном итоге необратимо прикрепиться к поверхности, формируя биоплёнку", – говорит Вонг в пресс-релизе университета.

Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться, прочитав статью, опубликованную в издании PNAS.

О других любопытных исследованиях удивительного мира бактерий и вирусов можно почитать в специальном разделе проекта "Вести.Наука"(nauka.vesti.ru), например, о том, как некоторые микроорганизмы общаются друг с другом.

Сегодня