Bliksemsnel door het lijf
Het zenuwstelsel van mensen en dieren wordt gestuurd door speciale cellen die neuronen heten. Deze neuronen zijn in staat informatie door het lichaam te zenden in de vorm van een elektrische signalen. Zo worden de vele prikkels die ons lichaam ervaart (zoals gevoel, reuk, zicht, gehoor) naar onze hersenen gestuurd om daar verwerkt te worden. Wanneer we bijvoorbeeld op een scherp steentje trappen sturen neuronen een signaal naar het brein die dit verwerkt als een pijnlijke, onprettige ervaring. Vervolgens kunnen signalen van de hersenen naar de spieren gestuurd worden om beweging te veroorzaken. In het voorbeeld gaat het signaal van hersenen naar spieren: til snel de voet weer op. De basis van deze elektrische signalen is een verschil in ion concentratie tussen de binnen- en buitenkant van de neuronen. Een ion is een elektrisch geladen deeltje. Dit concentratieverschil kan soms heel snel schommelen afhankelijk van het open of dichtgaan van ionkanalen aanwezig in de celmembraan (van neuronen). Het zijn deze plotselinge schommelingen die de elektrische signalen creëren. Deze ionkanalen zijn dus bepalend voor de doorgave van signalen in ons lichaam.
Intern geheugen
Het is al langer bekend dat neuronen een soort van geheugen hebben. Wanneer ze vaker een bepaald signaal versturen leidt dit tot aanhoudende veranderingen in de hoeveelheid of staat (open/dicht) van de ionkanelen in hun celmembraan. Op deze manier worden ze efficiënter in hun vermogen om het signaal te versturen. Denk bijvoorbeeld aan krachtsporters die regelmatig en op herhaalde wijze dezelfde spieren uitoefenen. Een recente studie heeft nu een vergelijkbaar fenomeen ontdekt in bacteriën: een primeur. De vondst heeft fundamentele implicaties voor de evolutionaire oorsprong van neuronaal geheugen in dieren.
Bekabeling in de biofilm
Bacteriën zijn eencellige organismen. Het hele organisme is één cel en er bevinden zich daarin dus geen andere gespecialiseerde cellen zoals neuronen. Maar net als neuronen hebben ook bacteriën ionkanalen in hun celmembraan. Het blijkt dat binnen een verzameling van bacteriën, oftewel een biofilm, de staat van de ionkanalen van individuele bacteriën aanhoudend veranderd kan worden. Hierdoor ontstaat een aangepast vermogen om bepaalde signalen over te dragen ten opzichte van de omliggende bacteriën. Afhankelijk van in welke cellen deze aanpassingen plaatsvinden, kan een aanhoudende signaleringsroute ontstaan binnen de biofilm. Dit zou dan een primitieve vorm van een neuronaal netwerk met ‘geheugen’ voorstellen. In de huidige studie hebben onderzoekers op experimentele wijze aangetoond dat gelokaliseerde blootstelling van een Baccilus subtilis biofilm aan licht de kalium-ionkanalen van de blootgestelde bacteriën aanhoudend opstelt.
Revolutionaire route
Het ontstaan van dit ‘geheugen’ in biofilms moet uiteraard evolutionaire voordeel bieden voor de bacteriën, maar de huidige studie wijst vooral op de interessante biotechnologische applicaties van dit fenomeen. Door biofilms te kweken waar bepaalde routes ‘aan’ of ‘uit’ staan, zouden we feitelijk een biologische variant van een elektronische printplaat kunnen maken dat in staat is informatie te verwerken. Niet anders dan een binair circuit waar informatie via aan of uit (‘1’ of ‘0’) verwerkt wordt. Wie weet kijken we in de toekomst wel naar een film, op een tv gemaakt met biofilm.