Бактерии идут на крайности, чтобы справиться с трудными временами: они прячутся, выстраивая вокруг своей ДНК подобную крепости оболочку и отключая все признаки жизни. И все же, когда времена улучшаются, эти дремлющие споры могут восстать из кажущихся мертвыми.
Но “вы должны быть осторожны, когда решаете вернуться к жизни”, — говорит Питер Сетлоу, биохимик из UConn Health в Фармингтоне. “Потому что, если ты поймешь это неправильно, ты умрешь”. Как определить это по спорам?
Для спор бактерии Bacillus subtilis решение простое: оно имеет значение.
Эти “живые камни” чувствуют, что пришло время возродиться или прорасти, по сути подсчитывая, как часто они сталкиваются с питательными веществами, сообщают исследователи в новом исследовании, опубликованном 7 октября в журнале Science.
“Похоже, что они буквально не обладают измеримой биологической активностью”, — говорит Гюрол Суэль, микробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Но Сюэль и его коллеги знали, что ядра спор содержат положительно заряженные атомы калия, и поскольку эти атомы могут перемещаться без использования клеткой энергии, команда подозревала, что калий может быть вовлечен в пробуждение клеток.
Таким образом, команда подвергла споры B. subtilis воздействию питательных веществ и использовала красочные красители, чтобы отследить перемещение калия из сердцевины. С каждым воздействием все больше калия покидало ядро, смещая его электрический заряд в сторону более отрицательного. Как только ядра спор были достаточно отрицательно заряжены, началось прорастание, подобно тому, как из бутылки шампанского, наконец, вылетает пробка. Количество выдержек, необходимых для прорастания, варьировалось в зависимости от спор, точно так же, как некоторые пробки требуют большего или меньшего скручивания, чтобы лопнуть. Эксперименты команды показали, что споры, у которых движение калия было затруднено, демонстрировали ограниченное изменение электрического заряда и с меньшей вероятностью “всплывали” обратно к жизни независимо от того, сколько питательных веществ они получали.
Изменения в электрическом заряде клетки важны на всем древе жизни, от определения того, когда клетки мозга отправляют сообщения друг другу, до щелчка венерианской мухоловки. Открытие того, что споры также используют электрические заряды для того, чтобы вызывать у себя тревожные сигналы, взволновало Сюэля. “Вы хотите найти принципы в биологии, — говорит он, — процессы, которые пересекают системы, которые пересекают поля и границы”.
Споры интересны не только своей уникальной и экстремальной биологией, но и практическим применением. Некоторые из них “могут вызвать некоторые довольно неприятные вещи”, от пищевого отравления до сибирской язвы, говорит Сетлоу, который не принимал участия в исследовании. Поскольку споры устойчивы к большинству антибиотиков, понимание процесса прорастания может привести к способу вернуть их к жизни, чтобы убить навсегда.
Тем не менее, остается много вопросов без ответов о “черном ящике” того, как споры начинают прорастать, например, возможно ли для спор “сбросить” количество калия. “Мы действительно только начинаем пытаться заполнить этот черный ящик”, — говорит Кайто Кикучи, биолог из Reveal Biosciences в Сан-Диего, который проводил работу в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Но открытие того, как споры умудряются отслеживать свое окружение, будучи скорее мертвыми, чем живыми, — захватывающее начало.