Бактерии обладают «памятью» о прошлых условиях среды, что может помочь в борьбе с инфекциями

Сканирующая электронная микрофотография S. aureus; добавлен искусственный цвет. Автор: CDC

Бактерии — это не просто бездумные микробы. Новое исследование Еврейского университета в Иерусалиме показывает, что отдельные бактериальные клетки могут нести «память» о своих прошлых условиях среды — передавая её через поколения — прежде чем в конечном итоге забыть.

Используя новую технику под названием Microcolony-seq, учёные обнаружили скрытые субпопуляции внутри инфекций, каждая со своей собственной стратегией выживания. Это открытие может объяснить, почему антибиотики и вакцины иногда не срабатывают, и может указать путь к более точным методам лечения.

Открытие, опубликованное в журнале Cell и возглавляемое постдокторантом доктором Раей Файгенбаум-Ромм под руководством профессора Натали К. Балабан, а также в сотрудничестве с профессорами Иланом Розеншайном и Маскит Бар-Меир, представляет метод Microcolony-seq, который фиксирует микробную память на самых ранних стадиях роста колоний.

Десятилетиями биологи знали, что бактерии — хотя и генетически идентичные — часто ведут себя по-разному. Одни растут быстро, другие медленно; одни устойчивы к антибиотикам, а другие погибают. Но до сих пор было неясно, какие из этих различий были временными случайностями, а какие представляли собой подлинные, наследуемые состояния.

«Мы обнаружили, что даже одна бактерия несёт долговременную память о том, где она была», — говорит доктор Файгенбаум-Ромм. «Когда она делится, её потомки сохраняют эту память — иногда в течение 20 поколений или более».

Микроколонии как окно в память

Метод Microcolony-seq работает путём выделения крошечных колоний, которые вырастают из отдельных бактерий, и анализа их РНК, геномов и физических характеристик. Этот подход позволяет избежать шума даже современных методов секвенирования РНК единичных клеток и показывает, являются ли различия между клетками генетическими мутациями или эпигенетически унаследованными фенотипами.

Используя этот метод, команда обнаружила удивительную стабильность. Патогены, такие как Escherichia coli и Staphylococcus aureus, разделялись на стабильные субпопуляции — даже в пределах одной инфекции. Некоторые линии активировали программы вирулентности, которые помогают им прикрепляться к клеткам хозяина, в то время как другие включали гены, способствующие подвижности или выживанию в суровых условиях.

Примечательно, что исследование показало, что у этой микробной памяти есть пределы. Когда бактерии достигают «стационарной фазы» — момента, когда питательные вещества истощаются — память стирается, эффективно сбрасывая популяцию.

Последствия для медицины

Открытие имеет важные последствия для здоровья человека. При инфекциях мочевыводящих путей и кровотока Microcolony-seq выявил сосуществующие бактериальные подгруппы с различными профилями устойчивости к антибиотикам или вирулентности. Обычный клинический тест, который берёт образец только одной колонии, может легко пропустить этих скрытых игроков — что приводит к неудачному лечению.

«Инфекция редко представляет собой однородную популяцию бактерий. Это скорее коалиция разных игроков, каждый со своими сильными сторонами. Чтобы разработать действительно работающие методы лечения, нам нужно понять — и нацелиться — на всех них», — объясняет профессор Балабан.

Это может помочь объяснить, почему так много экспериментальных препаратов и вакцин против инфекций S. aureus потерпели неудачу в клинических испытаниях: они нацелены только на одну часть бактериальной популяции, оставляя других нетронутыми.

Помимо непосредственной медицинской значимости, Microcolony-seq открывает новые пути для изучения микробной жизни. Он предоставляет систематический способ изучения того, как бактерии диверсифицируются, подстраховываются и адаптируются в реальном времени. Будущие применения могут распространиться на грибковые патогены, микробиом кишечника и даже промышленное брожение.

«Мы относились к бактериям так, как будто они все одинаковы, но на самом деле даже одна клетка несёт историю своего прошлого. Microcolony-seq позволяет нам наконец прочитать эту историю», — отмечает доктор Файгенбаум-Ромм.

Больше информации: Uncovering Phenotypic Inheritance from Single-Cells with Microcolony-seq, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.08.001. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00915-8

Источник: Еврейский университет в Иерусалиме