Bakterie zvládají přežít tisíce let v nečinnosti. Nějak potom ale poznají, že se mají probudit k životu. Jsou v mezičase mrtvé? Na snímku je bakterie Bacillus subtilis.Kredit: Tagide deCarvalho/UMBC

V minulém článku „Mají viry oči a uši?“ jsem psal o objevu mechanismu, kterým viry dovedou spát jen tak na půl oka. Respektive jak ve stavu nečinnosti ve skutečnosti „bdí“ a sledují, co se kolem nich šustne. Svojí virovou DNA strukturou, která se podobá vazebným místům důležitého proteinu hostitele, se jim daří „odezírat“, kdy je ta nejvhodnější chvíle ke spuštění enzymatického procesu a k opuštění svého mecenáše. Zničí ho až v době, kdy je s velkou pravděpodobností v okolí hodně objektů vhodných k napadení.

Viry v mezičase klidu „bdí“ prostřednictvím segmentů DNA (vysvětlení zde). Bakterie ke svému rozhodování pro návrat do života zvolili jinou cestu. Zdroj obrázku bakteriofágu: Wikipedie, volné dílo.

Dnes to je o objevu vědců z Kalifornské univerzity v San Diegu, kteří odhalili, jak něco podobného provádí také bakterie. Jistá podoba s viry tu je, protože proces, který to všechno řídí, probíhá v čase, kdy jsou fyziologicky neaktivní a prakticky mrtvé. Navzdory podobě ale bakteriální mechanismus nemá s tím, jakým se z nečinnosti probouzejí viry, společného zhola nic.

Všeobecně se ví, že spory bakterií se aktivují rehydratací. A že voda je tím, co v nich restartuje fyziologické pochody a spouští metabolismus. Píše se to tak v učebnicích a učí na vysokých školách. A je to tak správně. Ano, voda je tím nejdůležitějším. Zajímavé je, že zatím nikoho netrápilo prověřit, zda spory mohou sledovat své prostředí i během „spánku“ kdy vodou nasáklé nejsou.

Bakterii Deinococcus radiodurans nezlomí ani vakuum vesmíru. Ve stavu spory přežije i dávku záření gama desetitisíckrát vyšší, než smrtelná pro člověka. Zdroj obrázku:Michael Dalylab. Volné dílo.

A pokud to někoho trápilo, ničeho zásadního se nedobral. To se až nyní podařilo týmům z univerzit v Kalifornii a Wisconsinu. Vědci vyšli z úvahy, že život nemůže být hop sem, hop tam a z mrtvého dělat živé jako v pohádce, jen vodou. Nemělo by tomu tak být třeba i proto, že během doby nečinnosti se spóry musejí setkávat s nejasnými a matoucími environmentálními signály a ty je pro ně nutné ignorovat. Jak ale spory smíšené podmínky registrují? A čím a jak je berou na vědomí?

Prvním, kdo uviděl bakterie, byl Antoni van Leeuwenhoek. Kredit: Jan Verkolje, volné dílo.

Ještě jednou si zopakujeme tu důležitou formulaci, která dosud platila. Je meritem toho, co vědci zbořili. Panovala představa, že když je bakterie ve stavu „sušenky“, že v ní žádné procesy neprobíhají. Před nasátím vodou ve sporách žádné fyziologické procesy probíhat neměly. V řeči našeho kmene to tedy měly být mrtvoly.

Chyba lávky! Spory během „spánku“ své prostředí pečlivě sledují. A nejen že ho sledují, ale i vyhodnocují. Nejasné signály, které by mohly vhodnost prostředí a tedy i času k procitnutí, interpretovat chybně, neberou v úvahu.

Jak to ty filuty dokážou?

K vysvětlení si musíme vzít na pomoc pojem fyziologicky mrtvý stav. Jak se ukázalo, tak i v něm si spory uchovávají energii, jde o elektrochemickou energii. Zjednodušeně řečeno, podmínky vhodné pro návrat k normálnímu životu určují „pomocí kondenzátoru“.

Mikroskopický snímek několika bakteriálních spor s jejich elektrochemickým potenciálem barevně odlišeným podle jeho síly. Kredit: Süel Lab — Kaito Kikuchi a Leticia Galera

Spory tedy ani zdaleka nejsou inertními objekty, za jaké jsme je považovali. I v hluboké nečinnosti pomocí uložené energie dovedou zpracovat informace. Registrují a počítají přicházející stimuly. Vědci to doložili časosběrným mikrosnímkováním. Film prozradil barevně kódovanou hodnotu elektrochemického potenciálu na fázovém obrazu spory. Ze snímků je patrné, že zatímco spora „počítá stimuly“, zůstává stále nečinná. To, že je opravdu počítá, ukazují různobarevné záblesky změn elektrochemického potenciálu. Ke své matematice spory nepotřebují metabolickou aktivitu. Mají na to „elektrický budík“. Hlavní roli v něm hraje membrána a draslíkový gradient.

Závěr

Spory počítají vstupy a pokud součet dosáhne určitého prahu, rozhodnou se opustit klidový stav. Způsob zpracování signálů před obnovením biologické aktivity se tak trochu podobá chování neuronů. Naše mozkové buňky rovněž sčítají podprahové vstupy, než akční potenciál vystřelí směrem ke svým kolegyním.

Video: Jak spící bakterie počítají před svým návratem do života

Mikroskopický časosběrný film zobrazuje barevně kódovanou hodnotu elektrochemického potenciálu překrytou přes fázový obraz spory. Spora zůstává nečinná. Navzdory nečinnosti vykazuje schopnost počítat stimuly, jak naznačují vícebarevně kódované záblesky změn elektrochemického potenciálu. Kredit: Süel Lab — Kaito Kikuchi.

Další videa jsou dostupná na stránce Suel Lab @ UCSD.

Má nový poznatek nějaký praktický význam?

Vědci si myslí, že ano. Měl by být cestou k alternativním metodám, kterými půjde vyzrát na patogeny typu antraxu, které jsou schopné se dělat mrtvými i tisíce let. Také nám prý nastiňuje, co všechno lze očekávat od mimozemského života a jak ho mají vesmírné mise hledat. Pokud někde vědci život najdou, bude nejspíš ve „spícím stavu“. Teď už víme, že forma života, která se zdá být zcela inertní, může stále „přemýšlet“ o svých dalších krocích.

Literatura

Kaito Kikuchi et al, Electrochemical potential enables dormant spores to integrate environmental signals, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abl7484. www.science.org/doi/10.1126/science.abl7484

Suel Lab @ UCSD

Jonathan Lombardino nad Briana M. Burton.:An electric alarm clock for spores, Inactive spores integrate stimuli over time through stored electrochemical potential. SCIENCE, 6 Oct 2022. Vol 378, Issue 6615. pp. 25-26 DOI: 10.1126/science.ade3921