Бактериальная память может быть использована для живых вычислительных систем
Ученые неоднократно показывали результаты исследований по поводу формирования в бактериях потенциалов действия, как это обычно бывает в нейронах. Данные потенциалы, возникшие лишь однажды, с высокой вероятностью возникают повторно и представляют собой скачки мембранного заряда. Это явление имеет большую схожесть с механизмом сенсибилизации, происходящим в нейронах. Ученые сделали вывод, что некоторые бактерии и их сообщества способны передавать сигналы о текущих событиях и хранить память о них в своих биопленках.
Чтобы доказать это, ученые провели ряд испытаний на бактериях, выращенных в лабораторных инкубаторах с внедрением флуоресцентного тиофлавина Т, который своим свечением выдавал определенную информацию, т. е. выступал в качестве маркера мембранного потенциала. Ученые воздействовали на биопленки бактерий Bacillus subtilis (сенные палочки) специальным синим светом, который должен был вызвать поток ионов через катионные каналы. В ходе испытаний этот свет вызывал гиперполяризацию мембран, что вполне вписывается в нормы проиходящего. Однако, манипулируя увеличением концентрации калия в клетках через калиевые каналы (с удалением их генов) сенных палочек, гиперполяризация не происходила. А это означает, что данное явление напрямую зависит от ионов калия.
Ученые попытались описать все происходящие изменения, используя построенную для этого математическую модель. В ее основу легла описывающая все изменения потенциалов бактериальных клеток модель потенциалов действия Ходжкина-Хаксли. Используя ее, ученые предположили наличие устойчивости во времени гиперполяризации при воздействии синего света. Им удалось подтвердить свою теорию, проведя многочасовой эксперимент с непрерывным воздействием освещения и манипулированием концентрацией калия вне клеток бактериальной биопленки. Мембранный потенциал в ней показал свою зависимость от глутамата, который пробуждает голод и дальнейшую активность бактерий. Колония начинает коммуницировать, передавая и запоминая определенные сигналы. Пассивное колебание потенциалов было характерно только для тех бактерий, которые освещались синим светом. При недостатке калия он поляризовал клетку и наоборот, в то время как остальные клетки гиперполяризовались при повышении концентрации калия вне их.
Такая способность, как возможность бактерий хранить память о событиях, может быть применима в живых биологических вычислительных системах, которые будут использовать ее в качестве безопасного инструмента кодирования и декодирования информации.
