Стареют ли бактерии? Удивительное путешествие в мир микробиологии

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Стремление к вечной молодости — извечная мечта человечества, которая до сих пор остается за гранью реальности. Мы воспринимаем старение как неотъемлемую часть жизненного цикла многоклеточных организмов, наблюдая за постепенным появлением морщин, поседением волос, снижением физической активности. Однако мало кто задумывается о том, что даже микроскопические бактерии, казалось бы, находящиеся в вечном цикле деления, также испытывают на себе последствия старения.

Долгое время в научном сообществе господствовало убеждение в бессмертии бактерий, размножающихся путем бинарного деления. При таком способе размножения родительская клетка делится на две генетически идентичные дочерние клетки, словно создавая бесконечные копии самой себя. Эта концепция «функционального бессмертия» бактерий казалась логичной и обоснованной, подкрепляясь наблюдениями за их стремительным ростом и размножением — некоторые виды бактерий способны удваивать свою популяцию каждые 10 минут!

Escherichia coli, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Однако в начале XXI века ученые начали ставить под сомнение эту устоявшуюся парадигму. В 2005 году новаторское исследование Escherichia coli, широко распространенной бактерии, обитающей в кишечнике человека, продемонстрировало, что даже при внешне симметричном делении возникают функциональные различия между «родительской» и «дочерней» клетками. Выяснилось, что «старые» клетки, пережившие большее количество делений, демонстрируют замедление темпов роста, снижение репродуктивной способности и повышенную склонность к гибели по сравнению с их «молодыми» потомками.

Это открытие произвело революцию в представлениях о жизненном цикле бактерий, предоставив убедительные доказательства того, что даже одноклеточные организмы подвержены старению на молекулярном уровне. Но как же объяснить этот феномен?

E. coli
Автор: By Photo byfkfkrErbe, digital colorization by Christopher Pooley, both of USDA, ARS, EMU. — This image was released by the Agricultural Research Service, the research agency of the United States Department of Agriculture, with the ID K11077-1 (next)., Public Domain Источник: commons.wikimedia.org

Ключевым фактором, определяющим старение бактерий, является асимметричное распределение молекулярных повреждений при делении. Старые клетки, накопившие за время своей жизни большее количество повреждений в ДНК, белках и других клеточных структурах, «передают» значительную часть этих повреждений одной из дочерних клеток. Такая стратегия, на первый взгляд кажущаяся ошибочной, обеспечивает другой, «молодой» клетке, лучшие стартовые условия для выживания, роста и размножения, способствуя сохранению жизнеспособности популяции в целом.

Эта «жертвенность» старых клеток играет важную роль в эволюции бактерий, поддерживая генетическое разнообразие и повышая адаптационные возможности популяции в условиях постоянно меняющейся окружающей среды. «Молодые» клетки, получившие меньшую долю молекулярных повреждений, обладают большим потенциалом для приспособления к новым условиям, например, к воздействию антибиотиков или изменениям температуры и доступности питательных веществ.

Модель последовательного бинарного деления в E. coli
Автор: By See original article. Original TIFF source file converted to PNG with GIMP and optimized with OptiPNG by Fvasconcellos. — Stewart EJ, Madden R, Paul G, Taddei F (2005). «Aging and death in an organism that reproduces by morphologically symmetric division». PLoS Biol 3 (2): e45. DOI:10.1371/journal.pbio.0030045. PMID 15685293., CC BY 2.5 Источник: commons.wikimedia.org

Еще одним важным фактором, ускоряющим старение бактерий, является стресс. Как и у многоклеточных организмов, стрессовые условия, такие как недостаток питательных веществ, резкие колебания температуры или воздействие токсичных веществ, могут приводить к накоплению молекулярных повреждений и ускорению процессов старения у бактерий.

Например, исследование, проведенное в 2024 году, показало, что мутации, нарушающие работу энергетической системы бактерий (АТФ-синтазы), приводят к активации стрессовых механизмов, которые, с одной стороны, позволяют клетке выживать в условиях энергетического дефицита, но, с другой стороны, ускоряют ее старение и снижают репродуктивный потенциал.

Изучение механизмов старения бактерий имеет огромное значение не только для фундаментальной науки, но и для решения важных практических задач.

Во-первых, глубокое понимание процессов старения бактерий может привести к разработке новых антибактериальных препаратов, направленных на ускорение старения патогенных бактерий и снижение их жизнеспособности.

Во-вторых, исследования старения бактерий могут пролить свет на общие принципы старения живых организмов, включая человека. Возможно, механизмы, регулирующие старение у бактерий, имеют свои аналоги в клетках человека, и их изучение может открыть новые пути для разработки методов профилактики и лечения возрастных заболеваний.

Таким образом, бактерии, далеко не бессмертные существа, как считалось ранее, также подвержены старению, хотя и на молекулярном уровне.

2 комментария

i
Очередная галлюцинация от нейросетей:
«Старые клетки, накопившие за время своей жизни большее количество повреждений в ДНК… «передают» значительную часть этих повреждений одной из дочерних клеток» и тут же "«Молодые» клетки, получившие меньшую долю молекулярных повреждений"
Altairus
Да какие старые и молодые, они же пополам делятся! Они одинаковые.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Какие животные, кроме попугаев, умеют говорить

Когда мы думаем о животных, способных произносить человеческие слова, на ум сразу приходят попугаи. Их умение воспроизводить звуки поражает и вызывает восхищение. Однако попугаи — это не...

Что делать, если машину заносит на скользкой дороге

Занос автомобиля — это очень опасная ситуация, с которой может столкнуться любой водитель, особенно во время езды на скользкой дороге или на мокром асфальте. В такие моменты важно...

Слишком тяжелая, чтобы существовать? Новая теория о темной материи, которая может перевернуть физику

Вселенная полна загадок, и одна из самых интригующих — это тёмная материя. Мы знаем, что она есть, но понятия не имеем, что она собой представляет. Эта невидимая субстанция, по всей...

Семь планет в ряд — Парад планет 2025: Как увидеть все планеты Солнечной системы одновременно?

Представьте себе: на фоне бархатного ночного неба, усыпанного звездами, вдруг выстраивается целая процессия планет. Не одна, не две, а целых семь! Это не сюжет из фантастического фильма, а реальное...

Глубинные аномалии Калифорнии: Как литосфера Сьерра-Невады отслаивается и уходит на дно

Знаете, иногда природа подбрасывает нам такие загадки, что голова кругом идет. Вот, например, горы Сьерра-Невада в Калифорнии. Красивейшие места, спору нет. Но, оказывается, под этой живописной...

Как изменились игровые ПК за 2024 год по данным Steam

Steam ежемесячно публикует занимательную и интересную статистику, которая позже становится объектом споров и дискуссий. Также эта информация, при должной обработке и отслеживании динамики,...