《Cell》子刊:細菌有記憶能力?! 美科學家盼從細菌解神經演化之謎

2020/05/04
《Cell》子刊:細菌有記憶能力?! 美科學家盼從細菌解神經演化之謎
近日,加州大學聖地牙哥分校(UCSD)的生物學家發現,細菌細胞膜上的鉀離子通道,在受到光刺激後會發生變化,進而形成類似「記憶」的功能,且可能用於細菌群落中彼此溝通。該發現對於研究動物神經系統的演化,提

Cell》子刊:細菌有記憶能力?! 美科學家盼從細菌解神經演化之謎 (圖片來源:網路)

2020.05.04環球生技雜誌/記者 巫芝岳 編譯

近日,加州大學聖地牙哥分校(UCSD)的生物學家發現,細菌細胞膜上的鉀離子通道,在受到光刺激後會發生變化,進而形成類似「記憶」的功能,且可能用於細菌群落中彼此溝通。該發現對於研究動物神經系統的演化,提供了重要見解,論文4月27日發表於期刊《Cell Systems》中。

研究團隊利用光線,來誘導枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis bacteria)的細胞膜電位(membrane potential)變化,結果發現此一光學「印記」,在經刺激後還會持續數小時的時間,且再一次給予刺激後,細菌反應的情況會有所不同。

也就是說,細菌似乎具備儲存其過去狀態訊息的能力,其膜電位的變化,會引發出基於單一細胞,且可控制的「記憶」行為。

該研究由Gürol Süel所領導,第一作者為前北市衛生局長邱淑媞之子楊智宇,其他作者還包括 Maja Bialecka-Fornal等人。

此團隊之前已發現,細菌會利用細胞膜上的鉀離子通道,與其他細菌進行溝通;因此本次研究可說是更進一步發掘了細菌的這項功能。

研究團隊也指出,細菌的這項記憶機制,可能進一步在其生物膜(biofilm,係指由微生物分泌的基質所形成,具有結構的細菌群落)中,形成複雜的記憶迴路。

因此,該研究很可能啟發了合成生物學(synthetic biology)中,一項基於細胞膜電位的全新應用領域。

未來,更或許能被開發出以細菌為範本的「生物學記憶系統」(memory-capable biological systems),也就是具備基本運算能力的「生物電腦」(biocomputer)。

Gürol Süel表示,細菌是地球上古老且數量最多的一種生物,因此這項發現為研究動物神經系統的演化與形成,提供了全新見解。

此外,研究人員表示,這也是人類首次能夠「視覺化」(visualize)哪些單一細胞具有記憶能力,這點是目前在人類大腦中仍無法做到的。

參考資料:

1. 論文原文:https://www.cell.com/cell-systems/pdf/S2405-4712(20)30116-2.pdf?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2405471220301162%3Fshowall%3Dtrue

2. https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200428093506.htm