Бактерии как информационные системы
Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США и Университета Иллинойса в Чикаго разрабатывают новые вычислительные методы для описания бактериального познания — концепции, рассматривающей бактерии как системы обработки информации.
Новый подход к пониманию бактерий
- Традиционный редукционистский подход рассматривает бактерии как набор химических реакций, стремящихся к равновесию со средой.
- Новый подход фокусируется на информационно-обрабатывающих способностях бактерий: как они собирают, хранят и используют информацию для взаимодействия со средой и друг с другом.
- Это позволяет применять к биологии инструменты из других областей (криптография, сетевые технологии) для решения ранее недоступных вопросов.
Эксперимент с Pseudomonas fluorescens
Учёные протестировали подход на почвенной бактерии Pseudomonas fluorescens, которая защищает растения от патогенов и стрессов.
- Лабораторные колонии подвергали воздействию различных серосодержащих питательных веществ.
- Была построена информационно-обрабатывающая сеть по модели "передатчик–канал–приёмник", соответствующей тому, как клетки ощущают и реагируют на среду.
- Модель смогла предсказать поведение бактерий при воздействии соединения, которое не использовалось при её построении.
- Разные питательные вещества привели к разной экспрессии генов и, как следствие, к разным типам и скоростям роста колоний.
Практическое значение
- Результаты необходимы для инженерии бактериальных штаммов для биопроизводства (биотопливо, биопластики).
- Информационная модель P. fluorescens может помочь оптимизировать устойчивое производство растительного сырья для биотоплива.
- Модель промышленной бактерии Pseudomonas putida может быть использована для оптимизации производства биопластиков из возобновляемых ресурсов.
Перспективы
Следующим шагом станет измерение реакции клеток на большое количество питательных веществ с высокой химической разнородностью. Это позволит создать комплексную модель для беспрецедентного понимания того, как бактериальные клетки обрабатывают информацию из сложной среды.
Исследование "Modeling the Pseudomonas sulfur regulome by quantifying the storage and communication of information" опубликовано в журнале mSystems.