Биологи, изучающие коллективы бактерий или биопленки, обнаружили, что эти так называемые простые организмы обладают большой способностью к памяти. Результаты, опубликованные Cell Systems, помогут ученым создать стартовую площадку для того, чтобы однажды разработать базовые вычислительные системы с живыми организмами, такими как бактерии.
Исследователи обнаружили, что бактериальные клетки, стимулируемые светом, запоминают экспозицию через несколько часов после первоначального стимула. Исследователи смогли манипулировать процессом, чтобы сформировались паттерны памяти. Открытие обнаруживает удивительные параллели между низкоуровневыми одноклеточными организмами и сложными нейронами, которые обрабатывают память в человеческом мозге.
Даже несколько лет назад люди не думали, что бактериальные клетки и нейроны были чем-то похожим, потому что они такие разные клетки. Это открытие у бактерий дает ключи и возможность понять некоторые ключевые особенности мозга в более простой системе.
Гюрол Сюэль, Калифорнийский университет в Сан-Диего
После недавних открытий в лаборатории Süel, что бактерии используют ионные каналы для общения друг с другом, новые исследования показали, что бактерии могут также иметь возможность хранить информацию о своих прошлых состояниях. В новом исследовании ученые смогли кодировать сложные паттерны памяти в бактериальных биопленках с вызванными светом изменениями потенциала клеточной мембраны бактерий Bacillus subtilis. Они обнаружили, что оптические отпечатки сохранялись в течение нескольких часов после первоначального раздражителя, это приводило к прямому контролируемому изображению с разрешением в одну ячейку.
Когда исследователи сделали раздражитель светом, оказалось, что некоторые бактерии запомнили и отреагировали на это определенным образом. К сожалению, визуализировать так работу нейронов и человеческой памяти на данный момент невозможно. Исследователи говорят, что способность кодировать память в бактериальных сообществах может позволить в будущем проводить биологические вычисления путем запечатления сложных пространственных паттернов памяти в биопленках.
Бактерии являются доминирующей формой жизни на этой планете. Возможность записывать память в бактериальную систему и делать это сложным образом — это одно из первых требований для выполнения вычислений с использованием бактериальных сообществ. Таким образом, может быть возможно запечатлеть синтетические цепи в бактериальных биопленках, активируя различные виды вычислений в отдельных областях биопленки. В целом наша работа вдохновит новые мембранные потенциальные подходы в синтетической биологии и обеспечит бактериальную парадигму для биологических систем, способных к памяти.
Гюрол Сюэль, Калифорнийский университет в Сан-Диего
До этого ученые показывали, как бактерии образуют колонии на языке человека. А российские исследователи научили микробы доставлять лекарства.