Onverwachte activiteit in ‘dode’ bacteriën ontdekt door wetenschappers: ScienceAlert

Wetenschappers hebben onverwachte activiteit ontdekt in de sporen van slapende bacteriën, wat voor het eerst aantoont dat zelfs wanneer ze fysiologisch “dood” zijn, organismen zich nog steeds bewust zijn van hun omgeving.

Door een voorraad geladen deeltjes voor energie te gebruiken in plaats van de gebruikelijke brandstof, kunnen bacteriën actief reageren op kleine veranderingen in nutriëntenniveaus om te bepalen wanneer hun piektijd om wakker te worden.

Deze ontdekking daagt ons begrip uit van niet alleen hoe ziekten zich verspreiden, maar ook hoe het leven hier op aarde en daarbuiten in extremen kan overleven.

“Dit werk verandert de manier waarop we denken over ziektekiemen die ooit als slapende organismen werden beschouwd,” zegt moleculair bioloog en hoofdonderzoeker Gürol Süel van de Universiteit van Californië, San Diego.

“We hebben aangetoond dat slapende cellen het vermogen hebben om informatie te verwerken. We ontdekten dat sporen hun opgeslagen potentiële elektrochemische energie kunnen vrijgeven om een ​​berekening te maken over hun omgeving zonder dat er metabolische activiteit nodig is.”

grenskader = “0″ allow=” versnellingsmeter; automatische start; klembord schrijven. gyroscoop gecodeerde media; Beeld-in-beeld “allowfullscreen>

De effecten hebben zich ook verder verspreid dan ziektebeheer hier op aarde – er wordt vaak gedacht dat een van de manieren waarop we buitenaards leven kunnen tegenkomen, zich in vergelijkbare slapende toestanden bevindt.

Als wetenschappers leven vinden Mars of Venuszal waarschijnlijk in een sluimerende toestand verkeren en we weten nu dat een schijnbaar volledig inerte levensvorm nog steeds in staat is om zijn volgende stappen te overwegen.” Zegt Bodem.

Bacteriën zijn over het algemeen erg taai, maar een van hun belangrijkste overlevingsmethoden is het vermogen om zich in sporen te nestelen, waar ze honderden jaren in een slapende, droge toestand kunnen blijven, omringd door een beschermende laag – ze overleven intense hitte, druk en zelfs de ruimte.

Dit is ook niet alleen een diepe slaap. In wezen zijn de bacteriën fysiologisch dood, zonder dat er metabolieten aanwezig zijn.

Maar ze weten op de een of andere manier wanneer de omstandigheden goed zijn om weer wakker te worden.

Ziektes zoals miltvuur veroorzaken ziektekiemen Bacillus anthracis Bacteriën kunnen lange tijd zonder water of voedingsstoffen in de post leven – binnen momenten van blootstelling aan geschikte omstandigheden kunnen ze rehydrateren en opnieuw metaboliseren, waardoor ze opnieuw besmettelijk kunnen worden.

Maar hoe weten ziektekiemen precies wanneer ze wakker moeten worden? Reageren op elke druppel vocht of een vleugje voedingsstof kan veel energie verspillen als de goede tijden niet lang duren. Wachten op een feest kan echter ook gemiste kansen betekenen.

Om dit nog spannender te maken, hebben Sewell en zijn team duizenden mensen in winterslaap getest Bacillus subtilis Bacterieën. Bacteriën zijn ongevaarlijk voor de mens en komen ook voor Houdt het record Voor de langste tijd levend in de ruimte.

grenskader = “0″ allow=” versnellingsmeter; automatische start; klembord schrijven. gyroscoop gecodeerde media; Beeld-in-beeld “allowfullscreen>

Ze maten of de sporen meerdere kortstondige pulsen van voedingsstoffen konden opvangen die naar hun omgeving werden gestuurd – signalen die over het algemeen niet sterk genoeg zouden zijn om de sporen te stimuleren weer tot leven te komen.

Zoals verwacht waren een of twee van deze voedselpulsen alleen niet genoeg om de bacteriën te wekken. Maar na verloop van tijd leek het cumulatieve effect op te treden; Op de een of andere manier waren de bacteriën in staat om de score na een bepaald aantal signalen weer up-and-running te houden.

Het team was ook in staat om veranderingen in de activiteit van de bacteriën te volgen als reactie op deze kortstondige signalen, en toonde aan dat de bacteriën energie gebruikten die was opgeslagen in de vorm van kaliumionen (K).⁺) bij elke invoer.

Dit is een soort condensator in een circuit, die energie opslaat voor later gebruik.

Met behulp van een wiskundig model om uit te leggen wat er gebeurde, toonde het team aan dat elk signaal de afgifte van kaliumionen veroorzaakte, en na verloop van tijd werden de kaliumionen sterk genoeg om de bacteriën te stimuleren opnieuw te ontwaken. Ze noemden ditSamenvoegen en schietenActiveringsformulier.

Dit staat bekend als een cumulatieve signaalverwerkingsstrategie en voorkomt dat bacteriën vroeg wakker worden als de omstandigheden niet helemaal goed zijn.

“Deze resultaten onthullen het besluitvormingsmechanisme dat werkt in fysiologisch inactieve cellen,” De onderzoekers schrijven in hun paper.

In sommige opzichten is dit een zeer bekende evolutionaire strategie.

“De manier waarop sporen informatie verwerken, is vergelijkbaar met hoe neuronen in onze hersenen werken.” Zegt Bodem.

“In zowel bacteriën als neuronen worden in de loop van de tijd kleine, korte inputs toegevoegd om te bepalen of een drempel is bereikt. Wanneer de drempel is bereikt, beginnen de sporen weer tot leven te komen, terwijl de neuronen een reële mogelijkheid vrijgeven om met andere neuronen te communiceren .”

In tegenstelling tot neuronen, die ongelooflijk energieverslindende cellen zijn, waren sporen echter in staat om dit te doen zonder enige metabole energie, alleen opgeslagen kalium.

in Companion Perspectives stukVerdere studie met andere organismen waarvan bekend is dat ze een sporenachtige toestand binnengaan, zoals schimmels, zou kunnen helpen ontdekken wat dit betekent voor het leven op grotere schaal, zeggen microbiologen Jonathan Lombardino en Brianna Burton van de Universiteit van Wisconsin-Madison.

“Kan de extreme levensduur van de zogenaamde superinactieve sporen bijvoorbeeld worden herleid tot initiële K+-concentraties?” zij schrijven.

Er is meer werk aan de winkel, maar deze ontdekking daagt ons begrip van slapende bacteriën als slapend uit – en hervormt ook hoe we tekenen van toekomstig buitenaards leven beoordelen.

De zoekopdracht is gepubliceerd in Wetenschappen.