Ученые обнаружили бактерий, объединяющихся в своеобразный мозг

Ученые выяснили, что некоторые метаногенные бактерии могут соединяться друг с другом своеобразными биопроводами и формировать некое подобие связей, аналогичных тому, как нейроны обмениваются информацией друг с другом в мозге животных, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

«Наше открытие не только переворачивает наши представления о бактериях, но и о том, как мы представляем себе наш мозг. Все наши чувства, эмоции и интеллект вырастают из того, как клетки мозга обмениваются электрическими сигналами, за появление которых отвечают ионные каналы. Мы обнаружили, что бактерии используют такие же каналы и электросигналы для совместного выхода из некомфортной среды» — заявил Гюроль Сюэль (Guerol Sueel) из университета Калифорнии в Сан-Диего (США).

Сюэль и его коллеги пришли к такому выводу, пытаясь раскрыть необычный секрет из жизни больших сообществ бактерий, объединяющихся в плотные колонии-«пленки» из сотен тысяч отдельных микробов — как организмам в центре таких структур, не имеющих контакта с внешней средой, удается выживать.

Наблюдая за жизнью таких пленок, ученые выяснили, что клетки на поверхности пленки, имеющие неограниченный доступ к пище, периодически дают «подышать» внутренней части колонии. Они останавливают свой рост, позволяя питательным веществам проникнуть в глубины колонии, и микробы внутри пленки пополняют запасы продовольствия.

Столь удивительная синхронизация поведения бактерий, удаленных на большие расстояния друг от друга, заставила ученых задуматься о том, как они могут общаться друг с другом. Характер поведения пищи — молекул глутамата — при движении внутрь пленки указал на то, что этот бактериальный «интернет» может работать на базе электрохимических сигналов.

Руководствуясь этой идеей, авторы статьи измерили то, как меняется напряжение на поверхности оболочек бактерий и внутри питательной среды во время периодов роста поверхностного слоя микробов и во времена затишья.

Оказалось, что напряжение на мембране бактерий колебалось в такт с циклами роста микробов, что подтвердило догадку Сюэля и его коллег. Эти электрические колебания, как объясняют ученые, порождались ионными каналами на поверхности оболочек микробов, похожими по своей структуре и форме на те ионные «насосы» которые есть на поверхности нервных клеток мозга.

Бактериальные ионные каналы работают аналогичным образом — они закачивают или выкачивают из клетки ионы калия, создавая разность в концентрации ионов калия и натрия, что придает микробу способность проводить электрические импульсы через свою поверхность.

Если эти каналы и связанные с ними гены удалить, то бактерии теряют способность общаться друг с другом и колония быстро разваливается из-за неспособности координировать волны роста и спокойствия.

Что интересно, данный сигнал, как рассказывает Сюэль, распространяется по микробной пленке примерно так же, как возникают импульсы боли в мозге при наступлении мигреней. Ученые надеются, что дальнейшее изучения работы бактериального «мозга» поможет понять, как можно бороться с этими головными болями.

И наоборот — существующие сегодня лекарства от мигрени, блокирующие передачу подобных сигналов, можно в принципе использовать для того, чтобы мешать общению бактерий. Это может помочь бороться с колониями устойчивых к антибиотикам микробов, которые часто вызывают эпидемии в больницах, заключают биологи.