Для оптимального використання ресурсів середовища бактерії в біоплівці обмінюються один з одним електрохімічними імпульсами.
Бактерії формують досить складні спільноти, використовуючи для спілкування один з одним різноманітні хімічні сигнали: одна бактерія виділяє якусь молекулу, яку ловить інша бактерія і відповідно до змісту молекулярного «листа» робить якісь дії. При цьому зовсім необов'язково, щоб такі молекули створювалися саме для «поштових» цілей - вони можуть бути звичайним продуктом життєдіяльності, просто мікроорганізми навчилися сприймати їх і як соціальні сигнали, що повідомляють про те, як йдуть справи в колонії.
Але такі хімічні послання - не єдиний спосіб спілкування бактерій: співробітники Каліфорнійського університету в Сан-Дієго виявили, що вони можуть посилати один одному електричні імпульси, подібні тим, які бігають у нейронних ланцюгах вищих тварин. Гюроль Сюель і його колеги давно займаються біоплінками, які формуються з безлічі бактеріальних клітин, занурених у щільний міжклітинний матрикс, що захищає бактерій від несприятливих впливів зовнішнього середовища - біоплінки міцно тримаються на поверхні субстрату, і в них важко проникнути різноманітним токсинам. (Зауважимо, що біоплівки утворюють не тільки бактерії, а й гриби, водорості, найпростіші.) Як клітина на краю колонії може дізнатися, що відбувається в центрі, якщо між нею і центром знаходиться ділянка щільної речовини, через яку молекули можуть йти досить довго? А між тим спілкування між «околицею» і «центром», безсумнівно, має місце.
Кілька місяців тому та сама група дослідників опублікувала статтю, в якій говорилося, як зростання колоній Bacillus subtilis залежить від розподілу своєрідних соціальних ролей між «окраїнними» і «центральними» зонами (про всяк випадок обмовимося, що в разі бактерій не можна говорити про справжні соціальні ролі, як вони розуміються у комах або, скажімо, приматів). Така диференціація біоплівки передбачає обмін сигналами між далекими «колегами»: наприклад «внутрішні жителі» повідомляють «зовнішнім», що зростання слід призупинити, тому що поживні речовини не встигають доходити до центру. Про те, що тут задіяні електричні сигнали, вдалося здогадатися через амінокислоту глутамату, брак якої в першу чергу спонукав бактерій пригальмувати з розширенням колонії. Глутамат (залишок глутамінової кислоти) - відомий збуджувальний нейромедіатор; з іншого боку, у бактеріальних клітин є спеціальні білки, що працюють іонними каналами, чиє завдання - пропускати ті чи інші іони всередину клітини або з неї. У нейронах такі канали набувають особливої важливості, адже для того, щоб імпульс виник і побіг по нейронній мембрані, потрібно змінити заряд по обидві її сторони, а заряд - це іони.
Словом, у дослідників були передумови до того, щоб пошукати «нейронний» механізм спілкування у бактерій. І дійсно, як пишуть автори роботи в Nature, у тих же B. subtilis вдалося помітити зміни мембранного електричного потенціалу, які відповідали змінами в динаміці зростання біоплівки. Причому зміни в мембранному потенціалі, обумовлені роботою іонних каналів, породжували електрохімічний сигнал, який поширювався по всій колонії. Провідним іоном тут був іон калію: через перерозподіл калію між кліткою і середовищем відбувалися зміни в бактеріальному обміні речовин. Якщо ж білки іонних каналів штучним чином відключали, електричні коливання в колонії припинялися. Є спокуса порівняти бактеріальну колонію з мозком, однак це буде неабияким перебільшенням: електричний обмін сигналами допомагає оптимальним чином організувати життя біоплівки, але до складності і багатозадачності нейронних ланцюгів «бактеріальному мозку» дуже і дуже далеко. Крім того, ще належить точніше описати механізм поширення сигналу: яка тут роль глутамата, чи виступає він в даному випадку справжнім нейромедіатором і т. д.
Багато патогенних бактерій формують міцні плівки, від яких дуже важко позбутися, зрештою, і карієс у нас починається через таких ось міцно осілих на зубній емалі мікробів. Можливо, нові дані допоможуть нам боротися з складними колоніями шкідливих мікроорганізмів.