Przełom. Bakterie są zdolne do tworzenia i przekazywania wspomnień

Bakteria Escherichia coli jest jednym z najlepiej zbadanych mikroorganizmów na świecie. Jednakże wciąż potrafi wprowadzić naukowców w osłupienie. Jak odkryli specjaliści z University of Texas i z University of Delaware, E. coli posiada specjalny system pamięci, który pozwala jej "pamiętać" różnego rodzaju doświadczenia przez kilka godzin, a nawet przez kilka pokoleń.

Zespół naukowy jest zgodny, że pierwszy raz odkryto taki rodzaj pamięci bakteryjnej. Jednocześnie podkreślają, że nie jest ona taka sama jak ludzka pamięć. Wskazują, że pamięć bakteryjna dotyczy wpływania dawnych doświadczeń na aktualne "podejmowanie decyzji" u mikrobów. 

Podczas eksperymentów naukowcy wystawili bakterie E. coli na działanie różnych czynników środowiskowych. W ten sposób chcieli sprawdzić, jakie warunki spowodują wytworzenie się "roju" bakterii - jest to zachowanie, podczas którego bakterie łączą się, aby skutecznie szukać (migrować do) odpowiedniego środowiska.

Okazało się, że wewnątrzkomórkowe żelazo było najsilniejszym czynnikiem powodującym migracje bakterii. Badania wykazały, że niski poziom żelaza zmuszał mikroby do szybkiego przemieszczania się do miejsca, w którym ten poziom był wyższy. Z kolei jeśli bakterie od razu "lądowały" w środowisku o wysokim poziomie tego pierwiastka, to prowadziły zdecydowanie bardziej osiadły tryb życia.

Jak podają naukowcy, pierwsza generacja bakterii E. coli migrowała do wyższych poziomów żelaza w sposób intuicyjny. Jednakże kolejne pokolenie powstałe z tego szczepu było szybsze i "bardziej wydajne w roju" od swoich rodziców. Bakterie przekazały zatem swoje doświadczenie "by przeżyć, należy szybko szukać żelaza".

Tego rodzaju wspomnienie zostało przekazane co najmniej czterem kolejnym pokoleniom bakterii. Bakterie te tworzą się wskutek podziału macierzystej komórki na dwie kolejne. Wspomnienie było naturalnie tracone w siódmym pokoleniu, jednakże łatwo można było je "odzyskać", jeśli się ją sztucznie wzmocniło.

Badacze w trakcie badań nie odkryli mechanizmu molekularnego, który byłby odpowiedzialny za ten niezwykły system pamięci i ani też nie ujawniono mechanizmu jego dziedziczenia. Sugerowanym rozwiązaniem jest ogólne stwierdzenie, że za całym procesem stoi szczególny poziom trwałego warunkowania. Jednocześnie specjaliści wskazują, że regulowanie "włączania" i "wyłączania" poszczególnych genów nie w pełni wyjaśnia tego rodzaju mechanizmy.

Naukowcy podkreślają, że system pamięci, który oparty jest na żelazie, może pomagać bakteriom w dostosowaniu się do niekorzystnych warunków środowiskowych lub do działania antybiotyków. Komórka E. coli może podzielić się w ciągu zaledwie 30 min, dlatego też odkryta zdolność przekazywania doświadczeń jest niewątpliwie ogromnym plusem ewolucyjnym.

- Zanim w ziemskiej atmosferze pojawił się tlen, wczesne życie komórkowe wykorzystywało żelazo do wielu procesów komórkowych. Żelazo odgrywa kluczową rolę nie tylko w powstaniu życia na Ziemi, ale także w jego ewolucji. Logiczne jest, że komórki wykorzystywałyby je w ten sposób. Ostatecznie im więcej wiemy o zachowaniu bakterii, tym łatwiej jest je zwalczać - powiedział Souvik Bhattacharyya.

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym PNAS.