باکتری ها چگونه اطلاعات را در حافظه ذخیره می کنند و چه مدت داده ها را نگه می دارند؟

باکتری ها حافظه ندارند یا اطلاعات را به روشی که انسان ها معمولاً به حافظه فکر می کنند ذخیره می کنند. با این حال، آنها چندین مکانیسم مختلف دارند که به آنها امکان می دهد اطلاعات یا تجربیات محیط خود را حفظ کنند:

بیان ژن - باکتری ها می توانند ژن ها را در پاسخ به محرک های محیطی روشن یا خاموش کنند. این تغییرات در بیان ژن می‌تواند برای نسل‌ها ادامه داشته باشد و به سلول‌های دختر اجازه می‌دهد تا شرایطی را که سلول مادر تجربه کرده است، "به یاد بیاورند". به عنوان مثال، اگر باکتری ها در معرض استرسی مانند دمای بالا قرار بگیرند، ممکن است ژن های شوک حرارتی را فعال کنند. حتی پس از رفع استرس، این ژن‌ها ممکن است برای مدتی فعال بمانند و در صورت تکرار دمای بالا، پاسخ‌های سریع‌تری را ممکن می‌سازند.

متیلاسیون DNA - برخی از باکتری ها مانند E. coli می توانند DNA خود را در پاسخ به شرایط محیطی متیله کنند. برچسب های شیمیایی کوچکی را به توالی DNA آنها اضافه می کند. الگوی متیلاسیون می تواند در طول تقسیم سلولی منتقل شود و رکوردی از تنظیم ژن در نسل های قبلی ارائه دهد. به طور کامل درک نشده است که الگوهای متیلاسیون تا چه مدت ادامه دارند.

پریون ها - پریون ها پروتئین هایی هستند که به طور غیرعادی تا شده اند که می توانند باعث شوند که نسخه های معمولی پروتئین به همان روش به اشتباه تا شوند. این به عنوان یک تغییر ارثی مبتنی بر پروتئین عمل می کند که می تواند نوعی حافظه در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، پریون های مخمر اجازه می دهد تا فنوتیپ هایی مانند تجمع یا مقاومت دارویی به طور نامحدود در طول میتوز منتقل شوند.

بیوفیلم - با زندگی مشترک در جوامع منسجمی به نام بیوفیلم، باکتری‌ها می‌توانند ماتریکس خارج سلولی و مولکول‌های سیگنال‌دهنده به جا مانده از نسل‌های قبلی را به ارث ببرند. این به کلنی های سلولی اجازه می دهد تا ترتیبات محیطی مفید برای بقا را "به خاطر بسپارند".

"خاطرات" باکتری در مقایسه با موجودات پیچیده تر، عموماً عمر نسبتاً کوتاهی دارند، اما این سیستم ها اجازه می دهند اطلاعات در چندین نسل منتشر شود تا مزایای سازگاری را برای سلول های دختر فراهم کند. مدت زمان احتمالاً به نوع اطلاعات و مکانیسم خاص درگیر بستگی دارد.

برخی از کاربردهای بالقوه توانایی باکتری ها برای ذخیره اطلاعات عبارتند از

مدارهای زیست شناسی مصنوعی و دستگاه های حافظه - شبکه های ژنی مهندسی شده در باکتری ها می توانند ورودی ها و رویدادها را در سلول ها ثبت کنند. محققان با استفاده از متیلاسیون DNA، مدارهای پروتئینی یا مکانیسم‌های دیگر، باکتری‌هایی ایجاد کرده‌اند که می‌توانند رویدادها را بشمارند، اطلاعات را ذخیره کنند و تصمیمات قابل ثبت بگیرند. اینها در بیوتکنولوژی و زیست شناسی مصنوعی کاربرد دارند.

حسگرهای محیطی - با اندازه گیری تغییرات در بیان ژن یا الگوهای متیلاسیون در باکتری ها، دانشمندان می توانند آلاینده های محیطی یا سموم موجود را تشخیص دهند. این باکتری ها به طور موثر تاریخچه مواد شیمیایی را که در معرض آنها قرار گرفته اند ثبت می کنند. در نظارت بر محیط زیست استفاده می شود.

تشخیص و درمان بیماری - تغییرات در مسیرهای حافظه سلولی باکتریایی سرنخ هایی را ارائه می دهد که نشان دهنده حالت های حدت در عفونت ها یا وضعیت مقاومت آنتی بیوتیکی است. با پیروی از این الگوها، تشخیص سریع‌تر عفونت‌های باکتریایی و گزینه‌های درمانی امکان‌پذیر است.

مهندسی بیوفیلم - درک مکانیسم‌هایی که به بیوفیلم‌ها اجازه می‌دهد اطلاعات مربوط به محیط محلی را ذخیره کنند، می‌تواند به تلاش‌ها برای مهندسی بیوفیلم‌ها برای پاکسازی زیستی، فرآیندهای صنعتی یا کاربردهای پزشکی کمک کند. مسیرهای حافظه به جامعه بیوفیلم اجازه می دهد تا به طور تطبیقی پاسخ دهد.

ردیابی منبع بالقوه - متیلاسیون یا سایر الگوهای حافظه در باکتری ها می توانند به عنوان نشانگرهای زیستی برای شناسایی منشاء محیطی احتمالی و الگوی انتشار آلاینده های باکتریایی عمل کنند. می توان از آن در اپیدمیولوژی بیماری های عفونی و پزشکی قانونی میکروبی استفاده کرد.

کشف سیستم های ذخیره سازی اطلاعات مولکولی در باکتری ها فرصت های هیجان انگیزی را در زیست شناسی مصنوعی، بیوتکنولوژی، علوم محیطی و زیست پزشکی فراهم می کند. دانشمندان همچنان به کشف کاربردهای جدید برای حافظه باکتریایی ادامه می دهند زیرا مکانیسم های بیولوژیکی زیرین را روشن می کنند.