Микробы обладают памятью: удивительные параллели между простыми микроорганизмами и сложными нейронами

Биологи, изучающие группы бактерий, или биопленки, обнаружили, что эти так называемые простые организмы обладают большой способностью к памяти.

Работая в лаборатории Калифорнийского университета в Сан-Диего, профессора Гюрол Сюэль, Чи-Ю Янг, Майя Бялецка-Форнал и их коллеги обнаружили, что бактериальные клетки, стимулируемые светом, запоминают экспозицию через несколько часов после первоначального стимула. Исследователи смогли манипулировать процессом, чтобы сформировались паттерны памяти.

Открытие обнаруживает удивительные параллели между низкоуровневыми одноклеточными организмами и сложными нейронами, которые обрабатывают память в человеческом мозге.

“Еще несколько лет назад люди не думали, что бактериальные клетки и нейроны были чем-то похожими, потому что они такие разные клетки”, – сказал Сюэль. – “Это открытие в бактериях дает подсказки и возможность понять некоторые ключевые особенности мозга в более простой системе. Если мы поймем, как появилось что-то столь сложное, как нейрон, – его древние корни, – у нас будет больше шансов понять, как и почему это работает определенным образом”.

Результаты, описанные вчера (27 апреля 2020 г.) в журнале Cell Systems, также предоставляют ученым стартовую площадку для того, чтобы однажды разработать базовые вычислительные системы с живыми организмами, такими как бактерии.

После недавних открытий в лаборатории Süel, что бактерии используют ионные каналы для общения друг с другом, новые исследования показали, что бактерии могут также иметь возможность хранить информацию о своих прошлых состояниях. В новом исследовании исследователи смогли кодировать сложные паттерны памяти (видео ниже) в бактериальных биопленках с вызванными светом изменениями в потенциале клеточной мембраны бактерий Bacillus subtilis. Они обнаружили, что оптические отпечатки сохранялись в течение нескольких часов после первоначального раздражителя, что приводило к прямому контролируемому изображению с разрешением в одну ячейку.

“Когда мы возмущали эти бактерии светом, они запомнили и отреагировали по-другому с того момента”, – сказал Сюэль. – “Итак, впервые мы можем непосредственно визуализировать, какие клетки имеют память. Это то, что мы не можем визуализировать в человеческом мозге”.

Исследователи говорят, что способность кодировать память в бактериальных сообществах может позволить в будущем проводить биологические вычисления путем запечатления сложных пространственных паттернов памяти в биопленках.

“Бактерии являются доминирующей формой жизни на этой планете”, – сказал Сюэль. – “Возможность записывать память в бактериальную систему и делать это сложным образом является одним из первых требований для выполнения вычислений с использованием бактериальных сообществ”.

Кроме того, как отмечают исследователи в своем исследовании: “Таким образом, может быть возможно запечатлеть синтетические цепи в бактериальных биопленках, активируя различные виды вычислений в отдельных областях биопленки. В целом, наша работа, вероятно, вдохновит новый мембранный потенциал – основанный на подходах в синтетической биологии и обеспечивающий бактериальную парадигму для биологических систем с поддержкой памяти”.

По материалам Scitechdaily