Исследователи из Университета Карнеги — Меллона обнаружили, что бактерии Escherichia coli (кишечные палочки) способны обучаться на основе прошлого опыта и сохранять память о ранее пережитых условиях, несмотря на отсутствие мозга и нервной системы. Результаты работы опубликованы в журнале PRX Life.
Ученые наблюдали за отдельными клетками E. coli с помощью микрофлюидной установки под названием «материнская машина» (mother machine), которая удерживает бактерии в микроскопических каналах и позволяет отслеживать их рост и поведение на протяжении многих поколений.
В ходе эксперимента клетки поочередно помещали в богатую и бедную питательными веществами среду. Оказалось, что бактерии реагируют не только на текущие условия, но и на то, как менялась окружающая среда раньше. Более того, «тренированные» клетки, выросшие в быстро меняющихся условиях, впоследствии адаптировались эффективнее, чем бактерии из стабильной среды.
По словам авторов, история предыдущих воздействий влияет на скорость роста и стратегию поведения микроорганизмов. Это свидетельствует о наличии у них механизма хранения информации о прошлом опыте.
Память, которая переживает поколения
Особенно неожиданным стало то, что такая память может передаваться потомкам. Бактерии делятся каждые 30–60 минут, однако белки, выработанные во время стрессовых ситуаций, непременно сохраняются и переходят дочерним и даже внучатым клеткам.
Благодаря этим молекулам потомки получают информацию о событиях, которых сами никогда не переживали. Если клетка-предок сталкивалась со стрессом и выживала, ее потомки впоследствии могут реагировать на окружающую среду с учетом этого опыта.
Авторы также показали, что бактерии способны различать частоту изменений среды. Для этого, как считают исследователи, требуется более сложная система памяти, чем предполагалось ранее.
Значение для медицины
Полученные результаты могут изменить представления о лечении бактериальных инфекций. Традиционно считается, что реакция бактерий на антибиотики зависит главным образом от типа и дозировки препарата. Однако новая работа показывает: значение может иметь и предыдущий опыт микроорганизмов.
Бактерии, которые ранее переживали голодание, температурные колебания или воздействие малых доз антибиотиков, способны реагировать на лечение иначе, чем клетки без такого опыта. Это может помочь объяснить, почему одинаковая терапия иногда дает разные результаты.
А при чем тут ИИ?
Для анализа данных ученые разработали математическую модель процессов внутри клетки. Когда исследователи изучили ее работу, выяснилось, что принципы обработки информации бактериями напоминают архитектуры, используемые в системах машинного обучения.
По мнению авторов, биологическая эволюция и искусственный интеллект независимо пришли к схожим стратегиям обучения. Работа показывает, что способность к обучению может возникать даже на уровне одной клетки благодаря сети химических реакций.
В последние годы биологи все чаще используют методы, разработанные для искусственного интеллекта, чтобы описывать процессы принятия решений в живых клетках.
Еще в 2025 году ряд исследований предполагал существование у бактерий так называемой «клеточной памяти», однако новая работа впервые показала способность различать разные частоты изменений среды и использовать эту информацию для адаптации.
Некоторые патогены способны образовывать устойчивые к антибиотикам «спящие» клетки-персистеры. Ученые считают, что механизмы памяти могут быть связаны с формированием такой устойчивости.
Генетической природе устойчивости микроорганизмов к антибиотикам посвящен недавний материал Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru