Бактериальные споры хранят информацию об индивидуальной истории роста своих клеток-предшественников, тем самым сохраняя «память», которая связывает различные стадии жизненного цикла бактерий. Это явление было продемонстрировано в недавнем исследовании междисциплинарной исследовательской группы под руководством доктора Илки Бишофс из Центра BioQuant Гейдельбергского университета. Память спор может вызывать у микробов различное адаптивное поведение. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
«Чтобы справиться с колебаниями доступности питательных веществ, многие бактерии могут переключаться между двумя состояниями», - объясняет доктор Бишофс. «В вегетативном состоянии клетки растут и размножаются. Бактерии образуют споры, чтобы впасть в спячку, что позволяет им пережить длительные периоды голодания, пока не поступят новые питательные вещества, чтобы оживить споры». Исследователи изучили этот адаптивный жизненный цикл бактерий, используя Bacillus subtilis в качестве модельного организма. Благодаря использованию покадровой микроскопии они впервые в этом контексте смогли наблюдать и изучать спорообразование и возрождение спор на уровне одной клетки, а также то, как они коррелируют. Они обнаружили, что споры очень по-разному реагировали на приток новых питательных веществ: споры, которые сформировались раньше во время понижения питательных веществ, восстанавливались быстрее..
По словам исследователей, этому эффекту способствует метаболический фермент аланиндегидрогеназа. Бактерии производят фермент, когда аминокислота L-аланин доступна, и прекращают синтез, когда она заканчивается. Доктор Бишофс объясняет, что фермент передается от одного поколения бактерий к другому до тех пор, пока не образуются споры. Затем фермент сохраняется в новых спорах, где он остается неактивным до тех пор, пока не поступят новые питательные вещества, которые облегчат возрождение и повторный рост спор. «Таким образом, споры получают стабильную фенотипическую память о росте и истории экспрессии генов их клеток-предшественников, что влияет на их будущее. Тот же основной принцип можно применить и к другим клеточным белкам».
Фенотипическая память оказывает большое влияние на развитие спор. Исследователи смогли найти компромисс между количеством и качеством: бактерии либо производят много спор, которые могут возродиться только в среде, богатой питательными веществами, либо меньше, но более качественных спор, которые также оживают в скудной среде. Связывая различные фазы жизненного цикла бактерий, «память» спор может управлять адаптацией к экологическим нишам и вызывать появление различных адаптивных черт у микробов.
К исследователям из Центра молекулярной биологии и Института фармацевтики и молекулярной биотехнологии Гейдельбергского университета присоединились ученые из Немецкого центра исследования рака (DKFZ) и Института наземной микробиологии им. Макса Планка в Марбурге. исследование.