Как спящите бактерии се връщат към живот дори след милиони години "сън"

Вътрешно обратно броене сигнализира кога условията на околната среда са безопасни за съживяване на бактериите

Ваня Милева Последна промяна на 10 октомври 2022 в 00:01 2427 0

Изследователите са използвали цветни багрила, за да осветят електрическите заряди на спорите на Bacillus subtilis, както се вижда тук, за да проследят как бактериите реагират на импулси от хранителни вещества. Бактерии като тези стават латентни, за да оцелеят в трудна среда, но досега не беше известно как усещат кога да се събудят. Кредит: K. Kikuchi and Leticia Galera/Suel Lab

Бактериите стигат до крайности, за да се справят с трудните моменти: Те се свиват, изграждайки подобна на крепост обвивка около своята ДНК и изключвайки всички признаци на живот. И все пак, когато времената се подобрят,  спящите спори могат да възкръснат от мъртвите.

Но как разбират кога да се върнат към живота? Защото ако сбъркат, ще умрат.

За спорите на бактерията Bacillus subtilis решението е просто: те пресмятат.

Тези "живи мъртви" усещат, че е време да се съживят или да растат, като по същество броят колко често се сблъскват с хранителни вещества, съобщават изследователите в ново проучване в Science от 7 октомври.

Анимация на "съживяващи се" спори на B. subtilis, възстановени от базови проби при 500-годишни условия на съхранение. Мащаб: 5 μm. Кредит: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0208425.g002 

Микроскопски снимки на "съживяващи се" спори на B. subtilis, възстановени от базови проби при 500-годишни условия на съхранение. Показани са изображения на три времеви точки на покълване: 0, 2.5 и 4 часа. Мащаб: 5 μm. Кредит: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0208425.g002 

Бактериите са първите сложни форми на живот на Земята, появили се преди повече от три милиарда години. Те са и едни от най-устойчивите, като са способни радикално да променят метаболизма си, за да изпаднат в състояние на покой, което им позволява да преживеят много дълги периоди, в които спират по-голямата част от биологичната си дейност.

В един екстремен случай изследователи от САЩ и Япония откриват дълбоководни микроорганизми, които са били в спящо състояние в продължение на повече от 100 милиона години. Когато извлечените микроби били изследвани в лаборатория, изследователите установили, че бактериите започнали да растат, въпреки че са били депозирани по време, когато динозаврите все още са били живи.

Спящите бактерии, известни като спори, не само могат да се върнат към живот след много време, но и да издържат на екстремно налягане, температура и дори на космическото пространство.

Това е изключително забележително, но и доста плашещо. Какво ще стане, ако възкресим спящ изключително опасен патоген, който може да накара коронавируса да изглежда невинен в сравнение с него? С повишаването на температурите вследствие на климатичните промени подобна перспектива става все по-вероятна, тъй като размразяващата се вечна замръзналост се пропуква и изчезва, потенциално разкривайки милиарди тонове въглерод и безброй видове древни спящи бактерии.

Ето защо е от първостепенна важност да научим повече за това как бактериите се връщат към живот. Въпреки че учените от известно време знаят, че хидратацията и рестартирането на метаболизма са това, което връща бактериалните спори към живот, все още има много неизвестни. Един от важните въпроси е как тези спори всъщност следят средата си за благоприятни условия, когато уж "спят".

Спорите, които пресмятат

Този особено труден въпрос вече е решен от биолози от Калифорнийския университет в Сан Диего, които са установили, че спорите запазват способността си да оценяват заобикалящата ги среда, използвайки съхранена електрохимична енергия, която работи подобно на електрически кондензатор.

"Изглежда нямат буквално никаква измерима биологична активност", разказва Гюрол Сюел (Gürol Süel), микробиолог в Калифорнийския университет в Сан Диего.

Но Сюел и колегите му знаят, че ядрата на спорите съдържат положително заредени калиеви атоми, и тъй като тези атоми могат да се движат, без клетката да използва енергия, екипът подозира, че калият може да участва в събуждането на клетките.

Затова изследователите излагат спорите на B. subtilis на хранителни вещества и използват цветни багрила, за да се проследят движението на калия от ядрото. При всяко излагане на хранителни вещества все повече калий напуска ядрото, променяйки електрическия му заряд в по-отрицателен. След като ядрата на спорите станат достатъчно отрицателно заредени, почва покълване, подобно на бутилката шампанско, която най-накрая изхвърля тапата си. Броят на експозициите, необходими за задействане на кълняемостта, варира в зависимост от спората, точно както някои тапи изискват повече или по-малко разклащане, за да изригнат. Експериментите на екипа показват, че спорите, чието изпускане на калий е затруднено, показват ограничена промяна в електрическия заряд и е по-малко вероятно да "избухнат" отново за живот, независимо от това на колко хранителни вещества са били изложени.

Промените в електрическия заряд на клетката са важни за цялото дърво на живота - от определянето на момента, в който мозъчните клетки изпращат съобщения една на друга, до затварянето на Венерината мухоловка. Откритието, че спорите също използват електрическите заряди, за да определят своите сигнали за събуждане, вълнува Сюел: "В биологията търсим да открием принципи, процеси, които са проникнали в системите, пресекли са области и граници".

Спорите са интересни не само с уникалната си и екстремна биология, но и с практическите си приложения. Някои от тях "могат да причинят доста неприятни неща" - от хранително отравяне до антракс, разказва Питър Сетлоу (Peter Setlow), биохимик в UConn Health във Фармингтън, който не е участвал в изследването. Тъй като спорите са устойчиви на повечето антибиотици, изследването им може да доведе до начин да ги върнем към живот, за да ги убием завинаги.

Все още има много въпроси без отговор за "черната кутия" на това как спорите започват да покълват, като например дали е възможно спорите да "нулират" броя на калийните си вещества.

"Наистина сме в началото на опитите си да запълним тази черна кутия", коментира Кайто Кикучи (Kaito Kikuchi), биолог, който сега работи в Reveal Biosciences в Сан Диего и е провел работата, докато е бил в Калифорнийския университет в Сан Диего.

Но откритието как спорите успяват да проследяват средата си, докато са повече мъртви, отколкото живи, е вълнуващо начало.

"Тази работа променя начина, по който гледаме на спорите, които се смятаха за инертни обекти", коментира професор Гюрол Сюел. "Показваме, че клетките в дълбоко спящо състояние имат способността да обработват информация. Открихме, че спорите могат да освобождават натрупаната си електрохимична потенциална енергия, за да извършват оценка на заобикалящата ги среда без необходимост от метаболитна активност."

Спрaвкa:  K. Kikuchi et al. Electrochemical potential enables dormant spores to integrate environmental signals. Science. Vol. 378, October 7, 2022 p. 43. doi: 10.1126/science.abl7484.

Изтoчник:

How dormant bacteria spores sense when it’s time to come back to life, Science News

How dormant bacteria come back to life even after millions of years of ‘slumber’, ZME Science

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !