微生物具有记忆力：简单的微生物和复杂的神经元之间惊人的平行

时间：2021-09-23 10:52:09 来源：

发现在低水平的生物体与复杂的神经元之间产生了令人惊讶的相似之处。为具有记忆能力的生物系统奠定基础。

研究细菌或“生物膜”集合的生物学家发现，这些所谓的简单生物具有强大的记忆能力。

在加州大学圣地亚哥分校的实验室工作时，杨智宇教授，GajaolSüel教授，Maja Bialecka-Fornal及其同事发现，受光刺激的细菌细胞记得最初刺激后的暴露时间。研究人员能够操纵该过程，从而出现记忆模式。

这一发现揭示了低水平的单细胞生物与处理人脑记忆的复杂神经元之间的惊人相似之处。

Süel说：“就在几年前，人们还认为细菌细胞和神经元没有什么相似之处，因为它们是如此不同的细胞。”细菌中的这一发现提供了线索和机会，使人们能够在一个更简单的系统中了解大脑的一些关键特征。如果我们了解像神经元这样复杂的东西是如何形成的-它的古老根源，我们就有更好的机会了解它如何以及为什么以某种方式起作用。

记忆印记：研究人员利用光照将复杂的图案（UC圣地亚哥以前的盖伊塞尔图书馆徽标，分布在比人发厚度稍小的区域上）留下深刻印象的生物膜群落（该生物膜群落由数百种个体细菌组成）记忆了最初的光刺激，类似于神经元如何形成记忆。

今天（2020年4月27日）在《细胞系统》杂志上描述的研究结果，也为科学家提供一天的起点，以便他们利用细菌等活生物体设计基本的计算系统。

在Süel实验室最近发现细菌利用离子通道相互交流之后，新的研究表明细菌也可能具有存储有关其过去状态的信息的能力。在这项新研究中，研究人员能够利用光诱导的枯草芽孢杆菌细菌细胞膜电位的变化，对细菌生物膜中的复杂记忆模式（此处为视频）进行编码。他们发现，光学印记在最初的刺激后持续了几个小时，从而导致了对记忆的直接，可控的单细胞分辨率描述。

Süel说：“当我们用光干扰这些细菌时，它们的记忆力和反应与那时不同。”“因此，我们第一次可以直接可视化哪些单元格具有内存。这是我们在人脑中无法想象的东西。”

研究人员说，在细菌群落中编码记忆的能力可以通过在生物膜上印制复杂的空间记忆模式来实现未来的生物学计算。

“细菌是地球上主要的生命形式，”苏尔说。“能够将内存写入细菌系统并以复杂的方式完成，这是能够使用细菌群落进行计算的首要要求之一。”

此外，正如研究人员在研究中指出的那样：“因此，通过在生物膜的不同区域激活不同类型的计算，有可能在细菌生物膜中印制合成电路。总体而言，我们的工…作很可能会激发合成生物学中基于膜电位的新方法，并为生物膜提供细菌范式。具有记忆能力的生物系统。”

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参考：“在微生物群落中编码基于膜电位的记忆”，4月27日，杨致宇，Maja Bialecka-Fornal，Colleen Weatherwax，Joseph W. Larkin，Arthur Prindle，Jintao Liu，Jordi Garcia-Ojalvo和GürolM.Süel，4月27日。 2020年，Cell Systems.DOI：
10.1016 / j.cels.2020.04.002

该研究的作者包括：杨致宇，Maja Bialecka-Fornal，Colleen Weatherwax（研究生），Joseph Larkin，Arthur Prindle，Lintao Liu，Jordi Garcia-Ojalvo和GürolSüel。

该研究得到了美国国立普通医学科学研究所（R01 GM121888），霍华德·休斯医学研究所-西蒙斯基金会教职学者计划，西班牙科学，创新和大学部以及FEDER（PGC2018-101251-B-I00）的支持Maria de Maeztu R /＆D卓越单元计划（CEX2018-000792-M）和Generalitat de Catalunya（ICREA学术界计划）。

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