Bakterie potrafią zatrzymać i uruchomić swój metabolizm

Kiedy w jednym środowisku brakuje składników odżywczych, zwierzęta zazwyczaj znajdują sobie inne. Bakterie nie mogą tego zrobić. Nie są jednak skazane na śmierć. Mogą dokonać sporulacji: odwodnić cytoplazmę, owinąć cenny genom i rybosomy wytrzymałą warstwą białek, cukrów i tłuszczy, a następnie utworzyć wokół swojej komórki grubą ścianę. Potrafi to kilka grup mikroorganizmów, w tym przedstawiciele rodzaju Bacillus, którzy mogą tak spędzić nawet kilkadziesiąt lat. I gdy warunki w środowisku staną się znów korzystne, uwodnić się i uruchomić metabolizm (to germinacja). Tyle że jeśli przeszacują poprawę, po germinacji zginą.

Jak to możliwe, że fizjologicznie nieczynna bakteria jest w stanie pobierać i analizować informacje z otoczenia (np. dotyczące obecności pokarmu)? Jak, na podstawie tych danych może „podejmować decyzję” czy rozpocząć germinację, czy pozostać w stanie przetrwalnikowym? Odpowiedzi na oba pytania znaleźli autorzy przełomowej publikacji, która właśnie ukazała się w „Science”.

Ustalili oni, że inicjując sporulację, bakteria dba o to, by pomiędzy wnętrzem jej komórki, a środowiskiem istniała różnica potencjału elektrochemicznego – by w jej środku znajdowało się więcej jonów potasowych. Działanie przeciwko gradientowi stężeń (wtłaczanie jakiegoś składnika przez błonę półprzepuszczalną tak, by po jednej jej stronie panowało inne stężenie, niż po drugiej) kosztuje energię. Ale mikrob może sobie na ten wydatek pozwolić. Za to kiedy już w jego wnętrzu jest większe stężenie potasu, niż na zewnątrz, to uwalnianie tego jonu do środowiska jest całkowicie bezkosztowe, ponieważ odbywa się zgodnie z gradientem. Z tego właśnie korzystają bakterie będące w uśpieniu.

Gdy docierają do nich sygnały o tym, że w otoczeniu znajduje się pożywienie (w doświadczeniu dawki aminokwasu alanina) – mikroby uwalniały porcję jonów potasu. Jeśli porcje były małe i trwały krótko, ilość uwolnionego potasu również była niewielka i bakteria nie inicjowała germinacji. Jeśli zaś zaczęły się powtarzać – stężenie kationów potasowych wewnątrz komórki spadało znacząco i Bacillus „decydował się” powrócić do życia.