Під керівництвом вчених з UCLA міжнародна команда дослідників виявила, що у бактерій є «пам'ять», яка передає сенсорне знання від одного покоління клітин до іншого, без центральної нервової системи або будь-яких нейронів.
«Це величезний сюрприз для нас», - сказав Джерард Вонг, професор біоінженерії, хімії та біохімії, член Каліфорнійського інституту нанотехнологій у Лос-Анджелесі і один зі старших авторів дослідження.
Ці результати є важливим кроком на шляху до розуміння важкодоступних інфекцій, викликаних бактеріальними біоплівками у людей з кистозним фіброзом.
Команда вивчила штам бактерій Pseudomonas aeruginosa, який утворює біоплівки в дихальних шляхах людей з кистозним фіброзом і викликає постійні інфекції, які можуть бути летальними. Бактеріальні біоплівки можуть також утворюватися на хірургічних імплантатах, таких як штучне стегно; коли вони це роблять, вони можуть викликати пошкодження імплантату.
Бактеріальні біоплівки складаються з генетично ідентичних бактеріальних клітин, які можуть колонізувати майже будь-яку поверхню і формувати спільноти, в яких окремі клітини організовуються і взаємодіють.
«Першим кроком у формуванні біоплівки є те, що бактерії повинні відчувати поверхню і розвивати здатність прикріплюватися», - сказав Келвін Лі, аспірант UCLA, і перший автор дослідження. «Вперше ми змогли стежити за поведінкою цілих ліній окремих клітин, і ми виявили, що нащадки могли пам'ятати поверхневі сигнали сприйняття своїх предків».
Результати були опубліковані в «Proceedings of the National Academy of Sciences» і з'являться пізніше в друкованому виданні журналу.
«Мені було дуже цікаво, що ми дізналися, як зворотна і незворотна прихильність пов'язана під час ранньої освіти біоплівки», - сказав Джордж О'Тул, старший науковий співробітник дослідження і професор Медичної школи Гейзеля в Дартмуті. «Ці концепції були описані в 1930-х роках, але нам знадобилося майже 90 років, щоб зрозуміти, як вони працюють рука об руку, щоб допомогти у формуванні раннього утворення біоплівки».
Для аналізу клітин, які знаходяться в процесі «відчуття» поверхні, вчені використовували метод відстеження декількох поколінь клітин, який був розроблений дослідницькою групою Вонга, поряд з кількома іншими методами аналізу даних, включаючи один метод обробки сигналів, який частіше використовується для аналізу висоти тону в музиці - перше відоме застосування цього методу для біологічних вимірювань.
Підхід показав, що дві події були пов'язані в ритмічній картині: експресія циклічного АМП, сигнальної молекули всередині бактеріальних клітин і рівень активності пили типу IV, придатків на бактеріальних клітинах, які беруть участь у русі клітин. Дослідження показало, що події розділені всього на кілька годин.
«Бактерії відчувають і запам'ятовують цей ритмічний паттерн, який має вирішальне значення для їх вирішення придушити рухливість, стати нерухомими і в кінцевому підсумку незворотно прикріпитися до поверхні і сформувати біоплівку», - сказав Вонг.
Рамін Голестанян, один з авторів дослідження сказав: «Я був приємно здивований, дізнавшись, як багато можна дізнатися про процес прийняття рішень бактеріями на ранніх стадіях формування біоплівки, склавши сувору багатомасштабну характеристику системи від молекулярного рівня аж до рівня біоплівки».