研究人员发现细菌可以将记忆传递给后代

在加州大学洛杉矶分校的科学家的带领下，一个国际研究小组发现细菌具有“记忆”，将感觉知识从一代细胞传递到下一代细胞，所有细胞都没有中枢神经系统或任何神经元。

“这对我们和现场来说是一个巨大的惊喜，”Gerard Wong说，他是生物工程和化学与生物化学教授，加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员，也是该研究的资深作者之一。

这些发现对理解难以治疗由感染引起的一大步细菌生物膜在人与囊性纤维化。

研究小组研究了一种名为铜绿假单胞菌的细菌菌株，它在患有囊性纤维化的人的气道中形成生物膜，并导致持续的致死性感染。细菌生物膜也可以在外科植入物上形成，如人造髋;当它们发生时，它们会导致植入物失效。细菌生物膜由遗传上相同的细菌细胞组成，这些细菌可以在几乎任何表面定殖并形成单个细胞组织和配合的群落。

“形成生物膜的第一步是细菌必须感知表面并培养附着能力，”加州大学洛杉矶分校研究生Calvin Lee和该研究的共同第一作者说。“我们第一次能够跟踪整个细胞谱系的行为，我们发现后代可以记住它们祖先的表面传感信号。”

该研究结果在线发表在“美国国家科学院院刊”上，稍后将刊登在期刊的印刷版中。

“对我来说真的很兴奋，我们已经了解了早期生物膜形成过程中可逆和不可逆的依恋是如何联系在一起的，”该研究的合作资深作者，达特茅斯Geisel医学院的教授乔治奥图尔说。“这些概念在20世纪30年代被描述，但我们花了将近90年的时间来了解它们如何协同工作以帮助推动早期生物膜形成。”

为了分析正在“感知”表面的过程中的细胞，科学家使用了由Wong的研究小组开发的多代细胞追踪方法，以及其他一些数据分析方法，包括一种更常用的信号处理技术。分析音乐中的音调 - 这种技术用于生物测量的第一个已知应用。

该方法揭示了两个事件以节奏模式相关联：环状AMP的表达，细菌细胞内的信号分子，以及IV型菌毛的活性水平，IV细菌是与细胞运动有关的细菌细胞的附属物。该研究显示，这些事件仅相隔几个小时。

“细菌通过这种有节奏的模式感知和记忆，这对他们决定抑制运动至关重要，变得静止并最终不可逆转地附着在表面上并形成生物膜，”Wong说。

该项研究的合作高级作者，马克斯普朗克动力学和自组织研究所所长Ramin Golestanian说：“我很惊讶地发现在早期细菌的决策过程中可以学到多少东西。通过从分子水平一直到生物膜水平编制系统的严格多尺度表征来形成生物膜的阶段。“

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