Бактериальное общение оказалось похоже на работу нейронов
Группа ученых из Америки, Великобритании и Испании обнаружила новый механизм, который бактерии используют для общения между собой в биопленках. Оказалось, что бактерии общаются с помощью электрических сигналов, очень похожих на волны деполяризации, распространяющиеся в мозге человека и животных. Результаты своей работы исследователи опубликовали в Nature.
Ученые исследовали колонию бактерий Bacillus subtilis (сенной палочки), в биопленках которых ранее были обнаружены осцилляции роста. Бактерии, расположенные у края пленки и имеющие неограниченный доступ к питательным веществам, периодически переставали поглощать их, позволяя питательным веществам, в частности глутамату, проникнуть ко внутренним клеткам биопленки. Таким образом, бактериальная колония повышает свою защищенность на случай атаки: «укрытые» клетки внутри колонии смогут пережить воздействие.
Колебания роста колонии требуют от бактерий координации между периферийной и внутренней частями биопленки, одновременно с этим бактерии конкурируют за поглощение ионов глутамата. Эти факты позволили исследователям предположить, что бактерии взаимодействуют между собой с помощью какой-то электрохимической связи. На основании этого предположения ученые поставили эксперимент по измерению потенциала клеточных мембран бактерий во время метаболических колебаний.
Оказалось, что в колонии наблюдаются колебания мембранного потенциала, соответствующие колебаниям роста биопленки. Изменение мембранного потенциала происходит за счет выхода из клеток ионов калия через соответствующие ионные каналы. Образующиеся в результате переноса ионов электрические сигналы согласовывают метаболическую активность внутренней и периферийной частей биопленки. Ранее другая научная группа показала, что при удалении каналов из колонии нарушается механизм роста биопленки – она лишается способности передавать электрические сигналы, в результате чего образуются дефектные пленки.
Осцилляции мембранного потенциала растущей биопленки
По словам ученых, механизм общения бактерий удивительно похож на протекающий в мозге человека процесс, известный под названием «распространяющаяся корковая депрессия». Она представляет собой медленно распространяющуюся волну деполяризации нейронов и глиальных клеток, сменяющуюся последовательно развивающимся продолжительным снижением нейрональной активности и сопровождающуюся комплексом изменений просвета кровеносных сосудов, мозгового кровотока и метаболизма. Считается, что РКД является «пусковым механизмом» мигрени и приступов эпилепсии.