Локализация происходящего и источник в СМИ: США (Калифорния), портал N+1
После освещения синим светом катионные каналы бактерий открываются и мембранный потенциал изменяется. Этот эффект устойчив и длится в течение часов, даже если заряд других бактерий на биопленке или концентрация ионов в среде периодически меняется. Бактериальная память напоминает свойства нейронов, так что ее можно использовать для вычислений с помощью живых систем. Статья опубликована в журнале Cell Systems.
В ряде исследований ученые уже показали, что в бактериях, как и в нейронах животных, формируются потенциалы действия — скачки мембранного заряда. Интересно, что если в клетке потенциал действия возник однажды, высока вероятность, что он произойдет еще раз. Это свойство похоже на механизм сенсибилизации в нейронах — простейший пример клеточной памяти. Возможно, отдельные бактерии и целые бактериальные сообщества в биопленках умеют не только передавать друг другу сигналы о событиях, но и хранить память о них.
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего под руководством Гюрола Сюэла (Gürol Süel) освещали биопленки сенных палочек (Bacillus subtilis) синим светом, чтобы вызвать поток ионов через катионные каналы. Поляризацию мембраны оценивали по свечению флуоресцентного тиофлавина Т, маркера мембранного потенциала.
Часть бактериальной биопленки освещают, она гиперполяризуется, и тиофлавин Т начинает светиться.
Чтобы подтвердить, что гиперполяризация в ответ на синий свет возникает благодаря ионным потокам через катионные каналы, в среду добавляли соли калия и натрия. Таким образом нарушали естественный химический градиент этих ионов: вне клеток их концентрация становилась больше, чем внутри. Кроме того, ученые удаляли ген единственного калиевого канала сенных палочек.
Синий свет вызывал гиперполяризацию бактерий в норме, но этого не происходило, когда повышали внеклеточную концентрацию калия или блокировали калиевые каналы. Значит, гиперполяризация мембраны происходит за счет выхода ионов калия из клеток.
Когда увеличивали концентрацию калия в среде (слева) или блокировали калиевые каналы (справа), бактерии переставали гиперполяризоваться после освещения. Изменение внеклеточной концентраии натрия не давало такого эффекта
Рис. 2. Математическая модель мембранного потенциала бактерий. Слева теоретическое изменение мембранного потенциала после освещения, справа — экспериментальное