Новаторское исследование показывает, что отдельные клетки могут быть способны к обучению без сложных мозгов и нервных систем.
Исследователи из Центра геномного регулирования (CRG) в Барселоне и Гарвардской медицинской школы в Бостоне опубликовали свои результаты в журнале Current Biology. Они могут повлиять на будущие методы лечения, поскольку дают новое представление о том, как болезни, такие как рак или бактерии, избегают лечения.
По словам соавтора Джереми Гунавардены, доцента системной биологии Гарвардской медицинской школы, вместо того чтобы следовать заранее запрограммированным генетическим инструкциям, клетки, похоже, обладают базовой формой принятия решений, обучаясь на основе окружающей среды.
Исследование было посвящено "привыканию" - простой форме обучения, при которой организмы становятся менее чувствительными к повторяющимся стимулам, таким как тикающие часы или мигающий свет.
Идея о том, что одноклеточные организмы могут обучаться, обсуждается с начала XX века. Нынешнее исследование опирается на предыдущие, предоставляя убедительные доказательства того, что некоторые клетки обладают способностью к обучению.
"Чтобы учиться, клетки используют внутренние молекулярные сети, которые выполняют функции, схожие с нейронами в мозге", - говорит соавтор исследования Роза Мартинес из CRG.
В своем исследовании команда изучала биохимические реакции, такие как добавление или удаление фосфатных меток на белках, которые управляют клеточными реакциями. Они смоделировали эти химические взаимодействия на компьютере, чтобы проверить различные сценарии.
Прочитайте так же: Загадочные Уголки Шаройского Района: От Водопадов до Древних Башен.
Результаты показали, что клетки используют петли отрицательной обратной связи и некогерентные петли обратной связи - биологические процессы, которые позволяют им учиться и адаптироваться с течением времени.
Команда обнаружила, что клетки демонстрируют некую форму "памяти", которая позволяет им быстро реагировать и влиять на будущие реакции. Это открытие может помочь преодолеть разрыв между учеными-когнитивистами и нейробиологами, предлагая лучшее понимание того, как работает привыкание на клеточном уровне.
"Наш подход может помочь нам определить приоритеты экспериментов, которые с наибольшей вероятностью дадут ценные результаты, сэкономить время и ресурсы и привести к новым прорывам", - говорит Мартинес, подчеркивая потенциал для решения фундаментальных биологических вопросов.
Хотя необходимы дополнительные исследования, эта работа подчеркивает невероятную адаптивность жизни в ее мельчайших масштабах.
"Мы думаем, что это может быть полезно для решения многих других фундаментальных вопросов", - сказал Мартинес.
Результаты данного исследования открывают новые горизонты для понимания клеточной биологии и могут способствовать разработке инновационных терапий. Например, понимание механизмов клеточного обучения может привести к созданию новых методов лечения рака, при которых клетки будут более чувствительны к терапевтическим воздействиям. Исследователи предполагают, что манипуляции с молекулярными сетями клеток могут изменить их реакцию на лекарства, что сделает лечение более эффективным.
Кроме того, выявленная способность клеток к адаптации может объяснять, почему некоторые бактерии развивают резистентность к антибиотикам: они учатся избегать воздействия лекарств, меняя свои внутренние процессы. Это подчеркивает важность дальнейших исследований в этой области для понимания биологических механизмов, лежащих в основе устойчивости патогенов.
В конечном итоге, работа команды из CRG и Гарвардской медицинской школы может привести к глубоким изменениям в существующих подходах к лечению заболеваний. Исследования клеточного обучения подчеркивают, что жизнь на самом фундаментальном уровне обладает удивительной гибкостью и способностью адаптироваться к окружающей среде, что открывает новые перспективы для науки и медицины.