Старе́ние бакте́рий ( англ. Bacterial senescence ) — постепенное угасание клеточных функций у отдельных бактериальных клеток со временем. Индикаторами старения служат децентрализованное деление и повышенная вероятность гибели. Главной причиной старения бактериальных клеток считают накопление повреждений клеточных структур (факторов старения). Признаки репликативного старения демонстрирует бактерия на этапе асимметричного деления . Бактерии, которые в норме делятся симметрично, такие как кишечная палочка ( Escherichia coli ), при некоторых условиях окружающей среды начинают делиться слегка асимметрично, что можно рассматривать как проявление репликативного старения .

Факторы старения

Под факторами старения понимают накопление неустранимых повреждений компонентов клетки, которые непосредственно приводят к пониженной жизнеспособности бактерий. Факторами старения могут выступать повреждения ДНК , накопление старого материала клеточной стенки , неуложенных или повреждённых белков . Полюса клетки E. coli могут служить показателем старения, поскольку один из полюсов каждая бактерия наследует от материнской клетки, а один достраивает сама. Важную роль в старении играют тельца включения , представляющие собой скопления повреждённых и неуложенных белков .

Механизмы

Старение клетки начинается с асимметричного деления, приводящего к неравному разделению факторов старения между дочерними клетками. Существует мнение, что неравное разделение повреждений между двумя клетками при делении одноклеточных организмов минимизирует их влияние на популяцию в целом: клетка, получившая больше повреждений, погибнет, но зато оставшаяся в живых клетка будет иметь меньше повреждений, чем её предшественница . Это относится не только к бактериям: например, при почковании дрожжей факторы старения остаются в материнской клетке, так что дочерняя клетка получается «моложе» .

Наиболее отчётливо бактериальное старение проявляется у Caulobacter crescentus , у которой оно впервые было описано. В начале жизненного цикла бактерия представляет собой подвижную клетку. Когда она находит подходящий субстрат, она оседает на него, превращаясь в неподвижную клетку-стебелёк. Клетка-стебелёк начинает делиться, отделяя новые подвижные клетки. Однако со временем новых клеток образуется всё меньше , что можно рассматривать как признак старения .

Считается, что бактерии, делящиеся симметрично, бессмертны . Однако у E. coli удалось обнаружить признаки старения в ходе наблюдения за старым и новым клеточным полюсами. Дочерняя клетка, унаследовавшая старый полюс материнской клетки, росла значительно медленнее, чем та, которая унаследовала новый полюс . Пониженная скорость роста, вероятно, по крайней мере отчасти была вызвана тем, что тельца включения скапливались около старой клеточной стенки . Такая локализация, по-видимому, объясняется пониженной скоростью диффузии плотных скоплений макромолекул , а также их вытеснением на периферию клетки нуклеоидом . Схожий механизм старения был описан у дрожжей Schizosaccharomyces pombe , которые делятся бинарным делением, а не почкуются, как S. cerevisiae .

Однако первоначальные данные о старении у E. coli были частично опровергнуты более поздними исследованиями, использующими микрогидродинамику . В этих экспериментах отдельные клетки демонстрировали постоянную скорость роста на протяжении сотни последовательных клеточных делений, хотя с каждым делением всё больше клеток погибало .

Примечания