バクテリアが「記憶」を保存し、何世代にもわたって受け継いでいることが判明

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バクテリアが「記憶」を保存し、何世代にもわたって受け継いでいることが判明

https://phys.org/news/2023-11-bacteria-memories-generations.html

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2023年 11月 21日
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生物学 細胞・微生物学
生物学 分子・計算生物学
編集後記
バクテリアが「記憶」を保存し、何世代にもわたって受け継いでいることが明らかになった。
テキサス大学オースティン校

バクテリアは記憶を保存し、何世代にもわたって受け継ぐ
実験プレート上のバクテリア群。出典：テキサス大学オースティン校

細菌は、抗生物質に対する耐性や、数百万の細菌が一つの表面に集まる細菌群など、人に危険な感染症を引き起こす可能性のある戦略を、いつ形成するかに関する記憶のようなものを作り出すことができることを、科学者たちが発見した。この発見は、細菌感染症の予防や対策、抗生物質耐性菌への対処に応用できる可能性があるもので、細菌細胞がこのような記憶を形成し、後の世代にわたって子孫に伝えるために使用できる共通の化学要素に関連している。

テキサス大学オースティン校の研究者らは、大腸菌が鉄の濃度を、特定の刺激に反応して活性化するさまざまな行動に関する情報を記憶する方法として利用していることを発見した。

この発見は『米国科学アカデミー紀要』に掲載された。

科学者たちは以前、細菌が群れ（鞭毛を使って集団で表面を移動すること）を経験すると、その後の群れ行動が向上することを観察していた。カリフォルニア大学主導の研究チームは、その理由を明らかにすることに着手した。バクテリアにはニューロンやシナプス、神経系がないため、子供の頃の誕生日パーティーでロウソクを吹き消したときのような記憶はない。コンピューターに保存された情報のようなものだ。

顕微鏡下のバクテリアの群れのビデオ。出典：テキサス大学オースティン校

「バクテリアには脳はありませんが、環境から情報を収集することができます。そして、その環境に頻繁に遭遇していれば、その情報を保存し、後で素早くアクセスして、自分の利益にすることができます」と、筆頭著者であり、テキサス大学分子生命科学科のProvost Early Career FellowであるSouvik Bhattacharyyaは言う。

すべては地球上で最も豊富な元素のひとつである鉄に帰着する。単細胞バクテリアと自由浮遊バクテリアでは、鉄のレベルが異なる。科学者たちは、鉄のレベルが低い細菌細胞は、より優れた群れを形成することを観察した。これとは対照的に、固体表面上に細菌の密集した粘着性のマットであるバイオフィルムを形成する細菌は、細胞内の鉄レベルが高かった。抗生物質耐性を持つ細菌もまた、バランスのとれたレベルの鉄を持っていた。これらの鉄の記憶は少なくとも4世代は持続し、7世代目には消失する。

「地球の大気に酸素が存在する以前、初期の細胞生命は多くの細胞プロセスに鉄を利用していた。鉄は地球上の生命の起源だけでなく、生命の進化においても重要です」とバタチャリヤは言う。「細胞がこのように鉄を利用するのは理にかなっています」。

細菌は記憶を保存し、何世代にもわたって受け継ぐ
大腸菌の顕微鏡写真。出典：国立衛生研究所

研究者らは、鉄レベルが低い場合、細菌の記憶がトリガーとなり、高速で移動する群れを形成して環境中の鉄を探し求めると理論化している。鉄レベルが高い場合、記憶はこの環境がバイオフィルムを形成するのに適した場所であることを示す。

「鉄は病原性において重要な因子であるため、鉄レベルは間違いなく治療薬のターゲットになります」とバタチャリヤは言う。「最終的には、細菌の行動が分かれば分かるほど、細菌と闘うことが容易になります。

詳細はこちら： Souvik Bhattacharyya et al, A heritable iron memory enables decision-making in Escherichia coli, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2309082120

ジャーナル情報 米国科学アカデミー紀要

提供：テキサス大学オースティン校

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