Микробы строят планы

Микробиологи из Израиля открыли способность кишечной палочки к превентивным действиям. Попав в желудок животного, бактерия заранее готовится к высокой температуре и отсутствию кислорода.

Ицхак Пилпель и его коллеги, приступая к изучению бактерии, уже знали, что после смены обстановки кишечная палочка легко адаптируется к предлагаемым условиям существования. В этом нет ничего необычного: другие бактерии также на повышение температуры или уменьшение влажности отвечают различными мерами, от включения специальных генов до образования спор.

Удивительным оказалось то, что бактерии на изменение среды реагируют с опережением, как бы подготавливаясь к событиям, которые только предстоят. Первыми эти результаты получили в прошлом году американские исследователи. А коллектив из Израиля подтвердил их выводы: несмотря на всю свою примитивность, кишечная палочка может в процессе эволюции научиться планировать свои действия.

Умри и научись

Эта способность возникла результате естественного отбора: больше шансов выжить имели бактерии, способные реагировать на нехватку кислорода и повышение температуры. С первым кишечная палочка уже справилась.

Спустя несколько поколений большинство особей кишечной палочки научилось в ответ на один из раздражителей (температуру или нехватку кислорода) включать гены, необходимые для жизни внутри желудка и кишечника, не дожидаясь встречи с жарой и бескислородной средой одновременно.

По аналогии с человеком такая готовность была равносильна постоянному ношению строителем каски или сварщиком маски: на улице или в транспорте с таким снаряжением, может, и безопасно, но неудобно. Поэтому бактерии, которые «пользовались спецодеждой» и были постоянно готовы к тому, что их сейчас проглотит какое-нибудь животное, часто не выдерживали конкуренции. Равно как и те, что пренебрегали защитой вовсе, умирая в желудке от высокой температуры.
Зато те, кто начинал подготовку к смене условий заранее, напротив, получали преимущества. Их-то и можно сравнить с рабочими, которые надевают каски и защитные очки вовремя и к месту. Именно такую способность у бактерий в 2008 г. обнаружили американские специалисты.

Работай разумно

С точки зрения человека, наиболее разумным поведением является выбор только того инструмента, который нужен для работы. Таскать с собой домкрат для грузовика или сварочный аппарат для замены лампочек в подъезде – странное поведение для электрика. Бактериям, которые попадают в желудочно-кишечный тракт, также может потребоваться определенный «набор инструментов» для переработки только тех веществ, которые в нем встречаются. При этом неплохо бы знать заранее, что именно может потребоваться.

Ученые, которые работали с кишечной палочкой, знали, что сначала бактерии сталкиваются в организме с лактозой (молочный сахар), а потом, после попадания в кишечник, – с мальтозой, тоже сахаром, но требующим немного иного набора ферментов для расщепления, а значит, и иных «инструментов».

Жесткая последовательность, когда пища вместе бактериями перемещается в одном направлении, отчасти облегчает задачу: при столкновении с лактозой имеет смысл готовить фермент и для мальтозы, но вот при встрече с мальтозой о лактозе можно уже не вспоминать.

Вот исследователи и решили выяснить, может ли кишечная палочка «разумно» выбирать свои «инструменты»? Несколько раз ученые проверили действие лактозы и мальтозы в разных последовательностях. Обнаружилось, что микробы действуют вполне осмысленно: они не просто усваивают питательные вещества, но и подготавливаются к следующей задаче.

Конечно, в данном случае тоже сработал принцип естественного отбора, но его результат оказался в итоге схож с полноценным обучением. Проводя аналогию с рабочими дальше, стоит отметить, что бактерии научились загодя не только готовить спецодежду, но и планировать свою «работу», то есть не вырабатывать ферментов, которые, скорее всего, окажутся бесполезными – как валики при забое свай или кувалды при окраске стен.

Внутриклеточные компьютеры и болезни

Исследование в области обучения бактерий в ходе их эволюции важно не только в смысле удовлетворения интереса микробиологов. В человеческом организме практически все патологические процессы, от аномального развития плода до старческого слабоумия, связаны с неправильной реакцией клеток на внешние стимулы, И понимание того, какие реакции вообще может выдать одна клетка, безусловно, поможет в поиске причин болезней.