آیا میکروب ها حافظه دارند؟

میکروب ها مغز ندارند، اما حافظه دارند. مسلماً، آنها جشن تولد دوران کودکی خود را به یاد نمی آورند. اما میکروب ها دارای مجموعه ای از مکانیسم ها هستند که به آنها اجازه می دهد اطلاعات را ذخیره کنند. و رفتار خود را بر اساس تجربیات گذشته تنظیم کنند. اگر به حافظه میکروب ها نگاه کنیم، چه می بینیم؟ آیا می توانیم از خاطرات میکروبی استفاده کنیم تا در نهایت خود میکروب ها را مهار کنیم؟

چرا حافظه (میکروبی) اهمیت دارد؟

در مغز انسان، خاطرات – تکه‌های کوچک اطلاعات گذشته – به افراد کمک می‌کند تا موقعیت‌ها و شرایط فعلی خود را هدایت کنند . باکتری شناسی پزشکی . تایپ کردن با کامپیوتر، دانستن مسیر خانه از محل کار، انتخاب نکردن نوشیدن شیر با بوی عجیب پس از آن 1 تجربه بد… همه ریشه در حافظه دارند. بهترین کتاب در زمینه میکروبیولوژی پزشکی ، اما عمل به خاطر سپردن یک تلاش منحصراً مغزی نیست. همچنین در سطح سلولی اتفاق می افتد. «حافظه صرفاً ذخیره و بازیابی اطلاعات است. اگر این ساده‌ترین تعریفی است که می‌توانید [با] کار کنید، به این معنی است که هر سیستمی می‌تواند حافظه داشته باشد 

. استادیار دانشگاه UTHealth Houston که آزمایشگاه جدیدش بر روی اکولوژی میکروبی تمرکز دارد. به عنوان مثال، سلول‌های ایمنی سازگار از مواجهه قبلی با یک پاتوژن استفاده می‌کنند. تا دفعه بعد که با آن مواجه می‌شوند، پاسخی سریع‌تر و قوی‌تر ایجاد کنند. 

مقاله: درک حافظه ایمونولوژیک را بخوانیدسلول های میکروبی، مانند باکتری ها و مخمرها، به طور مشابه اشکالی از رفتار به اصطلاح وابسته به تاریخ را نشان می دهند که بقای آنها را افزایش می دهد. آنها باید دائماً با نوسانات محیط خود سازگار شوند.

اهمیت حافظه میکروبی

میکروب‌ها و جمعیت‌های میکروبی با «به یاد آوردن» یک تغییر گذشته (به عنوان مثال، تغییر به منبع مواد مغذی جدید)، می‌توانند رفتار خود را تغییر دهند و سریع‌تر  با قرار گرفتن مجدد در معرض شرایط سازگار شوند. در مقایسه با زمانی که در معرض این شرایط قرار نگرفته بودند. شرایط اصلا باتاچاریا توضیح داد: علاوه بر این، از آنجایی که میکروب‌ها عمدتاً از طریق تقسیم سلولی تکثیر می‌شوند، «حافظه می‌تواند به نسل بعدی نیز منتقل شود». بنابراین این ویژگی اضافه شده حافظه میکروبی است که با موجودات چند سلولی متفاوت است. 

توسعه یک پاسخ حافظه می تواند در انرژی میکروب ها صرفه جویی کند ، زیرا آنها از تلاش های رونویسی و متابولیکی قبلی برای پاسخ به تغییرات محیط اطراف خود استفاده می کنند. در سطح جمعیت، داشتن برخی سلول‌ها برای تغییر محیطی خاص، استخر فنوتیپی را متنوع می‌کند تا بقای مطلوب را در شرایطی که ممکن است غیربهینه باشد، تضمین می‌کند. 

میکروب ها چگونه به یاد می آورند؟

حافظه میکروبی مانند حافظه شناختی نیست که بر فعال سازی، اصلاح و فعال سازی مجدد گروه های نورون ها در پاسخ به محرک ها متکی باشد. محرک ممکن است تغییر کند، اما مغز از همین مسیر اصلی برای ایجاد و یادآوری خاطرات استفاده می کند. در میکروب ها، مبنای مکانیکی حافظه بسته به میکروب و محرک متفاوت است، به طوری که “حافظه” خود به طیفی از رفتارها اشار دارد. مانند تغییرات در حرکت یا پویایی رشد، که از چند ثانیه تا چندین نسل طول می کشد. Bhattacharyya خاطرنشان کرد: “اطلاعات را می توان در متابولیت ها، مواد مغذی، پروتئین ها و تغییرات در پروتئین ها یا DNA ذخیره کرد.”

تغییرات اپی ژنتیک

در برخی موارد، تجربیات گذشته به عنوان تغییرات در بیان ژن ثبت می شود. به عنوان مثال، اگر مخمر Saccharomyces cerevisiae (مخمر آبجو) از محیطی غنی از گلوکز به محیطی غرق در گالاکتوز تغییر داد شود. قندی که کمتر ترجیح داده شده و مشابه گلوکز با چند تغییر مولکولی است – برای ژن های استفاده از گالاکتوز آنها زمان می برد. برای لگد زدن به دنده با این حال، سوئیچ باعث ایجاد تغییرات اپی ژنتیکی (یعنی اصلاح در ساختار کروماتین) می‌شود. که تضمین می‌کند این ژن‌ها به‌سرعت پس از قرار گرفتن مجدد در معرض گالاکتوز فعال می‌شوند. این پاسخ حافظه گالاکتوز برای 7-8 تقسیم سلولی ادامه خواهد داشت . 

دانشمندان فرض می‌کنند که حافظه اپی ژنتیک به میکروب‌ها اجازه می‌دهد تا بدون تغییر دائمی فیزیولوژی خود، همانطور که در صورت جهش DNA اتفاق می‌افتد، لحظه را ملاقات کنند.

افزایش پروتئین

همچنین مواردی وجود دارد که خاطرات متشکل از پروتئین هایی است. که پس از قرار گرفتن در معرض یک عامل استرس زا یا محرک در سلول ایجاد می شود . این پروتئین‌ها – که در پاسخ به محرک اولیه آزاد می‌شوند – می‌توانند در اطراف خود بچسبند و در صورت مواجهه مجدد با محرک، ارگانیسم را آماده کنند. همانطور که سلول ها تقسیم می شوند (یا تحت دگرگونی های فنوتیپی، مانند هاگ زایی )، نتاج آنها باقی مانده پروتئین را به ارث می برند و بنابراین، برای مدیریت استرسی که “به یاد دارند” اما هرگز خود را ندیده اند، مجهز می شوند. با شکسته شدن پروتئین ها یا رقیق شدن از طریق تقسیم طبیعی، خاطرات محو می شوند. 

حافظه تغذیه ای

مواد مغذی علوفه اضافی برای خاطرات تشکیل می دهند. Bhattacharyya و همکارانش اخیراً یک پاسخ حافظه را در Escherichia coli کشف کردند که در این دسته جای می گیرد. آنها دریافتند که سلول‌های E. coli با تجربه قبلی ازدحام کردن (زمانی که باکتری‌ها از تاژک‌های خود برای مهاجرت به‌صورت گروهی در سطح یک سطح استفاده می‌کنند) در مقایسه با آنهایی که گذشته‌ای کمتر ازدحام دارند، زمانی که با یک سطح جدید مواجه می‌شوند، کارآمدتر ازدحام می‌کنند.

چگونه این کار را انجام می دهند؟باتاچاریا توضیح داد: “آنها اساساً سطح آهن را در سلول تغییر می دهند.” یعنی حافظه ازدحام به صورت غلظت آهن سلولی ذخیره می شود. بنابراین، آهن بیشتر در داخل سلول ها به معنای تحرک کمتر در سطح است و آهن کمتر به این معنی است که آنها بیشتر حرکت می کنند. از آنجایی که آهن برای بقا ضروری است. غلظت کم آهن ممکن است سلول ها را تشویق کند که حرکت کنند و مواد مغذی بیشتری پیدا کنند. حافظه آهن و پتانسیل ازدحام مرتبط با آن ارثی است – سلول های مادر آن را تا 4 نسل به سلول های دختر خود منتقل می کنند.

حافظه تغذیه ای میکروب ها

باتاچاریا تاکید کرد که چیزهای بیشتری برای یادگیری در مورد مکانیسم نهفت در این پدید وجود دارد. به نظر می رسد که این حافظه نسبت به سایر اشکال حافظه میکروبی اختصاصی تر است. و توانایی ذخیره اطلاعات مربوط به مواردی فراتر از ازدحام، از جمله تحمل آنتی بیوتیک را دارد. از آنجایی که مواد مغذی برای بسیاری از موجودات حیاتی هستند، ممکن است نسخه‌هایی از حافظه آهن در اشکال دیگر حیات (به عنوان مثال، یوکاریوت‌ها) نیز وجود داشته باشد. نه فقط باکتری‌ها. بهاتاچاریا گفت: «آهن در همه جا وجود دارد.[بنابراین] شاید این نوع مکانیسم حافظه راهی رایج برای ذخیره اطلاعات باشد. شایان ذکر است که مثال‌های بالا نشان‌دهنده کسری از راه‌هایی است که میکروب‌ها به خاطر می‌آورند. مکانیسم های جدید حافظه هنوز در موجودات مختلف کشف می شود.

مهار خاطرات میکروبی

ظرفیت حافظه میکروب ها فقط چیزی نیست که باید در آزمایشگاه مطالعه شود. می تواند پیامدهای مهمی برای سلامت انسان و محیط زیست داشته باشد. فرض کنید عفونت را با آنتی بیوتیک درمان می کنید. سپس برخی از جمعیت [باکتریایی] می توانند به خاطر بیاورند که با آن آنتی بیوتیک مواجه شدند. و به طور موقت به آن مقاوم شدند. او ادامه داد: «گزارش‌های قبلی وجود دارد که به آن اشاره می‌کند، اگرچه معلوم نیست [سلول‌ها] چگونه این کار را انجام می‌دهند». پاسخ‌های حافظه می‌توانند نقشی داشته باشند – کار تیم او روی حافظه آهن به پیوندهایی با تحمل آنتی‌بیوتیک اشاره می‌کند. حافظه همچنین سازگاری کارآمد میزبان ، تشکیل بیوفیلم و توانایی مقاومت در برابر تعدادی از عوامل استرس زا را تسهیل می کند. 

با این حساب آیا می توانیم از خاطرات میکروب ها به صورت عملی استفاده کنیم؟ موارد زیادی وجود دارد که مدارهای حافظه مصنوعی در موجودات برنامه ریزی می شوند . چنین برنامه ریزی ممکن است شامل تغییر DNA یا ماشین آنزیمی میکروب ها باشد. به طوری که یک تغییر قابل تشخیص در پاسخ به شرایط خاص در محیط یا درون میزبان وجود دارد. این تغییر سپس می تواند توسط دانشمندان برای اهداف مختلف تحلیلی یا حتی تشخیصی شناسایی شود.

مهار خاطرات میکروب ها

با این حال، سیستم های حافظه طبیعی میکروب ها تا حد زیادی دست نخورده باقی می مانند.  برای Bhattacharyya، هدف قرار دادن حافظه میکروبی نیاز به درک بهتری از نحوه عملکرد آن دارد. مجموعه ای شگفت انگیز از محیط ها و شرایطی وجود دارد که میکروب ها می توانند با آنها روبرو شوند. درک اینکه آیا، و چگونه، حافظه بقا را در آن مجموعه گسترده احتمالات تسهیل می کند، یک اولویت تحقیقاتی است. علاوه بر این، او گفت: «اشکال بسیار طولانی‌تری از حافظه طبیعی در باکتری‌های مرتبط بالینی هنوز نشان داد نشدست». توانایی میکروب ها برای به خاطر سپردن پس از چند ساعت چشمگیر است. اما در مورد ارگانیسم هایی که به کندی رشد می کنند چطور؟ مایکوباکتریوم ها یک روز دوبرابر می شوند. آیا آنها [پس] 7 یا 8 روز حافظه خواهند داشت؟ دانستن این موضوع بسیار جالب خواهد بود.»  

هر چه دانشمندان بیشتر بیاموزند، احتمال اینکه تمام این سوالات در نهایت چیزی بیش از یک خاطره تبدیل شوند، بیشتر می شود. 

موارد مشابه : ایا باکتری ها پیر میشوند؟