Wyniki nowych badań wskazują, że jednokomórkowy organizm bez mózgu ani układu nerwowego może tworzyć coś na kształt wspomnień i przekazywać je następnym pokoleniom. Odkrycie może mieć potencjalne zastosowania w zapobieganiu infekcjom bakteryjnym i ich zwalczaniu. Może być również wykorzystane do walki z drobnoustrojami opornymi na antybiotyki.
Wszechobecna bakteria Escherichia coli jest jedną z najlepiej zbadanych form życia na Ziemi, a mimo to naukowcy wciąż odkrywają nieoczekiwane aspekty jej funkcjonowania. W nowych badaniach naukowcy z University of Texas w Austin oraz University of Delaware odkryli, że bakterie Escherichia coli wykorzystują żelazo wewnątrzkomórkowe do przechowywania informacji o różnych zachowaniach, które mogą następnie aktywować w odpowiedzi na określone bodźce. Zespół twierdzi, że według ich wiedzy tego rodzaju pamięć bakteryjna nie została wcześniej odkryta.
Rezultaty oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Proceedings of the National Academy of Sciences” (DOI: 10.1073/pnas.230908212).
Naukowcy studiując bakterie E. coli odkryli system pamięci, który umożliwia drobnoustrojom „pamiętanie” przeszłych doświadczeń. Oczywiście pamięć, o której dyskutują w tym przypadku naukowcy, nie jest tym samym, co pamięć ludzka. Bakterie nie mają neuronów, synaps ani układu nerwowego, więc nie są to wspomnienia, jak u ludzi. System ten przypomina bardziej informacje przechowywane na komputerze.
- Bakterie nie mają mózgów, ale mogą zbierać informacje ze swojego środowiska, a jeśli często spotykają się z tym środowiskiem, mogą je przechowywać i szybko uzyskać do nich dostęp dla własnej korzyści – wyjaśnił Souvik Bhattacharyya, biolog molekularny z University of Texas.
W innych badaniach uczeni zaobserwowali, że bakterie, które wcześniej występowały w licznej grupie, roju i miały doświadczenie w poruszaniu się po powierzchni jako zbiorowość, poprawiają późniejszą wydajność roju. Takie zachowanie, czyli zbijanie się komórek E. coli w jedną, migrującą masę zazwyczaj wskazuje, że komórki łączą się, aby skutecznie szukać odpowiedniego środowiska. Łączenie się w lepki biofilm jest też ich sposobem na kolonizację powierzchni, na której mogą się posilić.
W eksperymentach badacze wystawili komórki E. coli na działanie kilku różnych czynników środowiskowych, aby sprawdzić, które warunki najszybciej wywołują łączenie się bakterii w grupy. Takim czynnikiem okazało się żelazo, jeden z najpowszechniej występujących pierwiastków na Ziemi.
Pojedyncze, swobodne bakterie mają różny poziom żelaza. Naukowcy zaobserwowali, że komórki bakteryjne z niższym poziomem żelaza szybciej i częściej łączą się w zbiorowość. Natomiast bakterie, które utworzyły już biofilmy, miały wysoki poziom żelaza w swoich komórkach.
W przypadku komórek E. coli pierwszej generacji, grupowanie się wydawało się intuicyjną reakcją. Jednak już po pierwszym doświadczeniu działania w zbiorowości komórki, które w późniejszym życiu doświadczyły niskiego poziomu żelaza, znacznie szybciej i skuteczniej niż wcześniej łączyły się w grupy. Co więcej, ta „żelazna pamięć” została przekazana co najmniej czterem kolejnym pokoleniom.
Według autorów publikacji, gdy poziom żelaza jest niski, bakteria sięgają do swojej „pamięci”, tworząc szybko poruszający się rój migrujący w celu poszukiwania żelaza w środowisku. Kiedy poziom żelaza jest wysoki, ich „wspomnienia” wskazują, że to środowisko jest dobrym miejscem do przebywania i tworzenia biofilmu.
- Zanim w ziemskiej atmosferze pojawił się tlen, wczesne życie wykorzystywało żelazo do wielu procesów komórkowych. Żelazo ma kluczowe znaczenie nie tylko w pochodzeniu życia na Ziemi, ale także w jego ewolucji. To logiczne, że komórki wykorzystały to w ten sposób – powiedział Bhattacharyya.
Żelazo jest powiązane z wieloma reakcjami stresowymi u bakterii. Uformowanie się wokół niego międzypokoleniowego systemu pamięci ma ewolucyjny sens. System ten oparty na żelazie może pomagać bakteriom E. coli w przystosowaniu się do złych warunków środowiskowych lub antybiotyków.
Pojedyncza komórka E. coli może podwoić się w ciągu pół godziny, więc możliwość przekazania „wspomnień” komórkom potomnym jest prawdopodobnie również korzystna w wolno zmieniających się środowiskach.
Źródło: University of Texas, Science Alert, fot. National Institutes of Health
