Bakteria Escherichia coli, czyli pałeczka okrężnicy, to jeden z najlepiej przebadanych organizmów, jakie żyją na Ziemi. A jednak nawet o niej naukowcy nie wiedzą jeszcze wszystkiego. Badacze z Uniwersytetu Teksańskiego i Uniwersytetu Delaware ustalili właśnie, że E.coli ma pewien rodzaj systemu pamięciowego.
Pozwala on bakteriom przechowywać wspomnienia oraz wykorzystywać je, kiedy są potrzebne. A nawet – przekazywać kilku następnym generacjom. Praca na ten temat ukazała się w najnowszym numerze czasopisma naukowego „PNAS”.
Co pamięta bakteria?
Oczywiście, mówienie o wspomnieniach w przypadku bakterii jest daleką metaforą. Bakterie to proste organizmy jednokomórkowe. Nie mają ani mózgu, ani systemu nerwowego, ani komórek nerwowych. W ich przypadku nie może być więc mowy o tworzeniu jakichkolwiek psychicznych reprezentacji miejsc czy zdarzeń. Ich „pamięć” to coś jak informacje przechowywane na komputerze.
– Bakterie mogą gromadzić informacje pochodzące z otoczenia. A jeśli znajdują się w danym otoczeniu odpowiednio często, mogą zebrać o nim dane i przechować je do późniejszego wykorzystania – tłumaczy Souvik Bhattacharyya, główny autor pracy z Uniwersytetu Teksańskiego.
Żelazo w komórkach bakterii
Jak to możliwe? Kluczowe jest żelazo, jeden z najpowszechniejszych pierwiastków na Ziemi. Żelazo znajduje się wewnątrz komórek bakteryjnych. – Zanim w atmosferze pojawił się tlen, wczesne życie komórkowe na Ziemi wykorzystywało żelazo do różnych wewnętrznych procesów – mówi Bhattacharyya. – Jest kluczowe nie tylko do powstania życia na naszej planecie, ale również do jego ewolucji – dodaje badacz.
To właśnie żelazo może pomagać bakteriom zbierać dane o otoczeniu. Naukowcy umieszczali bakterie E.coli w różnych środowiskach. Następnie sprawdzali, kiedy bakterie tworzyły poruszające się skupiska, szukając sobie nowego miejsca do życia.
Okazało się, że zachowanie bakterii zależało od poziomu żelaza w ich komórkach. W swobodnie tworzących się skupiskach bakterii żelaza było mniej. Z kolei biofilm – czyli warstwy bakterii przytwierdzone do stałego podłoża – miał wysokie poziomy żelaza.
Pierwiastkowa pamięć
Jak to się ma do zapamiętywania? Badacze podejrzewają, że kiedy poziom żelaza w komórkach bakteryjnych maleje, „pamięć” skłania je to utworzenia przemieszczającej się kolonii. Taka kolonia wykorzystuje wici, by poruszać się z miejsca na miejsce. Gdy zaś bakterie mają dużo żelaza, środowisko zostaje rozpoznane jako bogate w ten ważny pierwiastek. Bakterie osiedlają się w nim, tworząc biofilm.
Jak ustalili naukowcy, pierwsze pokolenie bakterii reaguje na otoczenie ubogie w żelazo automatycznie. Jednak kolejne generacje szybciej tworzyły skupiska, jeśli ich „rodzice” doświadczyli braku żelaza. Jak wykazali badacze, taki system informacyjny przekazywany jest przez cztery kolejne generacje bakterii. Później „wspomnienia” słabną, a w siódmym pokoleniu całkowicie zanikają.
Nowy sposób na groźne bakterie?
Jaki dokładnie mechanizm molekularny odpowiada za opisany wyżej efekt, jeszcze nie wiadomo. Jednak odkrycie może w przyszłości pomóc zapobiegać infekcjom. A także opracować środki zwalczające bakterie oporne na antybiotyki. Te tworzące biofilm często nie reagują na standardowe leczenie.
Żelazo jest związane z wirulencją patogenów, a więc jego poziomy mogą być istotne podczas opracowywania środków przeciwbakteryjnych, uważa Bhattacharyya. – Ostatecznie im więcej wiemy o zachowaniu bakterii, tym łatwiej będzie nam sobie z nimi radzić – dodaje badacz.
Źródła: PNAS, Phys.org, ScienceAlert.
