Бактериальные клетки передают «воспоминания» потомству

Бактериальные клетки могут «запоминать» кратковременные изменения в своем состоянии и ближайшем окружении. Более того, хотя эти изменения не закодированы в генетике клетки, она передает память о них своему потомству — на несколько поколений.

Это открытие не только бросает вызов устоявшимся представлениям о наследовании признаков у простейших организмов, но и может найти применение в медицине. Например, можно было бы обойти устойчивость бактерий к антибиотикам, слегка изменив патоген так, чтобы его потомство стало более чувствительным к лечению.

Исследование «Irreversibility in bacterial regulatory networks» опубликовано 28 августа в журнале Science Advances.

«Центральное предположение в биологии бактерий заключается в том, что наследуемые физические характеристики определяются в первую очередь ДНК, — говорит старший автор работы Адилсон Моттер. — Но мы хотели выяснить, передаются ли от родителей потомству характеристики, которые закодированы не в ДНК, а в самой сети регуляторных взаимодействий между генами».

Изучение на модельном организме

Команда исследователей использовала математическую модель регуляторной сети, чтобы смоделировать временное отключение (и последующее включение) отдельных генов в Escherichia coli (E. coli).

Они обнаружили, что эти временные возмущения могут вызывать долговременные изменения, которые, согласно модели, наследуются в течение нескольких поколений. Сейчас команда работает над проверкой своих симуляций в лабораторных экспериментах с использованием модификации CRISPR, которая временно, а не навсегда, отключает гены.

Обратимый стресс, необратимое изменение

Исследователи предполагают, что обратимое возмущение запускает необратимую цепную реакцию внутри регуляторной сети. Отключение одного гена влияет на соседний ген в сети. К моменту повторного включения первого гена каскад уже набирает полную силу, поскольку гены могут образовывать самоподдерживающиеся цепи, которые становятся невосприимчивыми к внешним воздействиям после активации.

«Это сетевое явление, — объясняет Моттер. — Гены взаимодействуют друг с другом. Если вы воздействуете на один ген, это влияет на другие».

Хотя в исследовании гены отключали, аналогичный эффект могли бы вызвать и другие типы воздействий: изменение температуры, доступности питательных веществ или pH.

Исследование также предполагает, что другие организмы обладают необходимыми элементами для проявления негенетической наследуемости. Регуляторная сеть E. coli похожа или проще, чем у других организмов, поэтому интуитивно можно ожидать, что эффект будет распространенным.