Бактерии планируют свои действия

Микроорганизмы ожидают будущие изменения среды и готовятся к ним, установили учёные из научного института Вайзманна (Weizmann Institute of Science) и университета Тель-Авива (Tel Aviv University), проводившие исследования в частности с бактериями группы кишечной палочки.

E. coli известны ещё и тем, что могут обмениваться эволюционными находками с родственниками (фото Weizmann Institute of Science).

Микробиологи исследовали обитателей тех сред, в которых условия меняются предсказуемым образом. Оказалось, что многие из них приспособились и начинают реагировать на будущее событие ещё до того, как оно наступило.

Бактерии Escherichia coli, например, путешествуя по желудочно-кишечному тракту, проходят множество разных отделов и испытывают постоянное изменение условий. Им "известно", что после сахара лактозы в окружающей их среде вскоре появляется мальтоза.

Группа профессора Йитжака Пайлпеля (Yitzhak Pilpel) изучила генетические изменения, которые сопутствуют процессу перехода. Оказалось, что при появлении лактозы включаются гены, связанные не только с лактозой, но и часть тех, что определяют ответ на мальтозу.

В то же время в присутствии мальтозы гены лактозы не активировались. Получается, что в ходе эволюционных изменений бактерии приспособились к определённой последовательности событий.

Примерно такой же (и даже более сложный) процесс имеет место в жизни винных дрожжей. Постепенная ферментация приводит к изменению количества сахара, повышению уровня алкоголя, дрожжи начинают готовиться к следующей ступени.

Все эти механизмы — приспособление к изменяющимся условиям среды, которое повышает шансы микроорганизмов на выживание.

В этих системах эволюция заменяет условные рефлексы, комментирует Пайлпель. "Это не просто подготовительная реакция, которая запускается всегда, это специально выработанная реакция на ожидаемое событие", — добавляет Галь Романо (Gal Romano).

Чтобы проверить свои догадки, учёные решили провести эксперимент, похожий на опыты Павлова по отучению от условных рефлексов: они на несколько месяцев поместили дрожжи в среду, в которой мальтоза никогда не следовала за лактозой. Спустя долгое время бактерии "приспособились" и к этим обстоятельствам (точнее говоря, эволюционировали, так как сменилось множество поколений). Гены мальтозы перестали включаться в присутствии лактозы, хотя и не утратили своих функций (то есть включались в присутствии самой мальтозы).

"Получается, что за приготовление к изменению организм определённым образом расплачивается. Это стоит того, так как повышается шанс на выживание. Но в определённых обстоятельствах, например, если "предсказуемое" изменение прекращается, данное свойство уже не нужно", — добавляет Пайлпель в пресс-релизе института Вайзманна.

Учёные считают, что подобный процесс происходит в клетках многих животных и даже людей.

Открытие будет иметь и практическое применение, так как с его помощью можно увеличить шансы на выживание генетически изменённых бактерий, производящих биотопливо или лекарства.

О своём открытии учёные рассказали в журнале Nature.