Как споры спящих бактерий чувствуют, когда пора возвращаться к жизниКак споры спящих бактерий чувствуют, когда пора возвращаться к жизни
Бактерии идут на крайние меры, чтобы пережить трудные времена: они прячутся, создавая вокруг своей ДНК оболочку, похожую на крепость, и отключают все признаки жизни.
И все же, когда времена улучшаются, эти спящие споры могут восстать из, казалось бы, мертвых. Но "нужно быть осторожным, когда решаешь вернуться к жизни", - говорит Питер Сетлоу, биохимик из Калифорнийского университета. "Потому что если вы ошибетесь, вы умрете". Как может спора определить нужный момент? Для спор Bacillus subtilis решение простое: они считают.
Эти "живые камушки" чувствуют, что пришло время возродиться, или прорасти, подсчитывая, как часто они встречают питательные вещества, сообщают исследователи в новом исследовании, опубликованном 7 октября в журнале Science. "Они не обладают буквально никакой измеримой биологической активностью", - говорит соавтор работы Гюрол Зюель. Но Зюэль и его коллеги знали, что ядра спор содержат положительно заряженные атомы калия, а поскольку эти атомы могут перемещаться по клетке без использования энергии, группа предположила, что калий может быть вовлечен в процесс пробуждения клеток.
Поэтому ученые подвергли споры B. subtilis воздействию питательных веществ и использовали разноцветные красители для отслеживания перемещения калия из ядра. При каждом воздействии все больше калия покидало ядро, изменяя его электрический заряд на более отрицательный. Как только ядра спор приобретали достаточный отрицательный заряд, происходило прорастание, подобно тому, как бутылка шампанского наконец-то откупоривается. Количество воздействий, необходимых для прорастания, варьировало в зависимости от состояния спор, подобно тому, как некоторые пробки требуют большего или меньшего скручивания, чтобы откупориться. Споры, у которых движение калия было затруднено, демонстрировали ограниченное изменение электрического заряда и с меньшей вероятностью возвращались к жизни, независимо от того, сколько питательных веществ они получали, показали эксперименты авторов.
Изменения в электрическом заряде клетки важны на всем древе жизни, от определения того, когда клетки мозга передают друг другу сообщения, до защелкивания Венериной мухоловки. Импульсы питательных веществ, которые в сочетании могут вывести споры из состояния покоя, вызывают изменения в электрохимическом потенциале, которые могут быть интегрированы во времени, что позволяет споре отслеживать такие сигналы с помощью механизма, который не требует производства энергии в спящей споре. Эти результаты показывают механизм принятия решений, который действует в физиологически неактивных клетках.
Споры интересны не только своей уникальной и экстремальной биологией, но и практическим применением. Некоторые "могут вызывать довольно неприятные вещи" - от пищевого отравления до сибирской язвы, - говорит Сетлоу, который не принимал участия в исследовании. Поскольку споры резистентны к большинству антибиотиков, понимание процесса прорастания может привести к способу вернуть их к жизни, чтобы уничтожить их навсегда.
Тем не менее, остается много вопросов без ответа о "черном ящике" того, как споры начинают прорастать, например, можно ли спорам "сбросить" количество калия. Мы только начинаем пытаться открыть этот "черный ящик", - говорит Зюэль. "Но открытие того, как спорам удается отслеживать окружающую среду, будучи скорее мертвыми, чем живыми, - это захватывающее начало".
