Ученые раскрыли механизмы коллективной памяти у бактерий

Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха определили, как формируется коллективная память у бактерий, которая помогает бороться со стрессом. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Микробиологи проводили наблюдения за несколькими колониями бактерий Caulobacter crescentus. Сначала ученые разместили их в специальных контейнерах, через которые в одном варианте протекала обычная вода, а в другом — соленая, с концентрацией хлорида натрия в 80 миллимоль. Затем бактерии через разные промежутки времени — от 45 до 160 минут — переносили в среду с более высокой соленостью (100 миллимоль).

Известно, что после того как бактерии подверглись умеренному стрессу, они способны выжить при более суровых условиях. Для одной-единственной клетки этот эффект недолговечен и длится не более получаса. Однако если бактерий много, то выживаемость бактерий оказывается высокой даже по прошествии двух часов.

Как и следовало ожидать, в условиях эксперимента бактерии, которые ранее находились в условиях с низкой соленостью, лучше выживали при более высоком стрессе, чем те, что находись в обычной воде. Однако исследователи обнаружили, что при этом выживаемость бактерий зависела от промежутка времени между умеренным и более тяжелым стрессом и имела колебательный характер. Например, максимумы выживаемости приходились на интервалы в 45 и 120 минут, а минимумы — 90 и 150 минут.

Такой эффект может наблюдаться, если воздействие соли приводит к задержкам в делении клеток и синхронизации клеточного цикла у бактерий в сообществе. При этом особую роль играет то, на каком именно этапе своего клеточного цикла бактерия подверглась второму стрессу. Клетки, которые за интервал между стрессами прошли этап деления, имели 70-процентную вероятность выживания, в отличие от тех, что находились на середине клеточного цикла.

Ученые предполагают, что коллективная память о стрессе формируется благодаря синхронизации клеточных циклов у бактерий. Чем больше клеток, тем больше вероятность, что клетки во время более сурового стресса будут находиться в «правильной» фазе цикла.

Клеточным циклом называется период жизни клетки от ее образования при делении материнской клетки до собственного деления. Цикл при митотическом делении состоит из нескольких фаз — профазы, метафазы, анафазы и телофазы, при которых клетка подготавливает свои внутриклеточные механизмы к делению.