Rozmowy przy zarażaniu

AFP

Drobnoustroje wymieniają informacje w sposób rutynowy, ale także w celu stworzenia sieci powiązań, która bywa dla nas szkodliwa. Zdolność zrozumienia dróg, mechanizmów i celów tej nieustannej chemicznej pogawędki może mieć głęboki wpływ na nasze zdrowie, przemysł, rolnictwo i środowisko naturalne. Najnowsze badania uczonych z Duke University pozwoliły odkryć klucz do zrozumienia licznych i specyficznych dla gatunku języków tej komunikacji.

Gadatliwe mikroby

Bakterie mają geny kodujące wytwarzanie małych chemicznych sygnałów, zwanych autoinduktorami, oraz białka zdolne te informacje odebrać (receptory). Rodzaj i ilość cząsteczki autoinduktora informuje bakterie, ile osobników tego samego gatunku jest w środowisku, co można porównać do liczenia, czy jest kworum.

Porównanie jest tym prawdziwsze, że bez kworum pewnych rzeczy, tak jak w społeczeństwie, przeprowadzić się nie da, inne będą mniej skuteczne. U drobnoustrojów od tego, czy jest ich dostateczna liczba, zależy uruchomienie i utrzymanie istotnych dla populacji bakteryjnej procesów. Mechanizm ten steruje poszukiwaniem składników odżywczych, świeceniem komórek, produkcją barwnika, zjadliwością, zdolnością do wytwarzania antybiotyków czy decyzją o przejście w stan uśpienia. Autoinduktory również informują o obecności w sąsiedztwie bakterii spokrewnionych oraz odmiennych, czyli jest to system monitoringu potencjalnych sprzymierzeńców, współzawodników i wrogów.

Czytaj więcej na stronach internetowych POLITYKI

Możliwe jest także porozumiewanie się między dwoma różnymi światami ożywionymi, choćby bakteriami i grzybami, co może mieć miejsce np. w kulturach kefirowych. Komórki organizmów wyższych wykrywając autoinduktory bakterii w swoim otoczeniu prawdopodobnie aktywnie odpowiadają. Bakterie też nie są głuche na obecność specjalnych cząstek sygnałowych produkowanych przez organizmy wyższe. Oznacza to, że ciągle dyskutujemy z żywymi kulturami bakterii w naszych jelitach, a pewnie i z groźnymi bakteriami chorobotwórczymi podczas zakażenia. Być może obie sytuacje wiążą się z podszywaniem się pod siebie nawzajem za sprawą chemicznych sygnałów komunikacyjnych lub próbami sterowania nawzajem swoim metabolizmem. Prof. Judith P. Armitage z University of Oxford na łamach "Journal of Bacteriology" porównała nawet tę komunikację prymitywnych jednokomórkowców do sieci neuronalnej.

W dwóch liniach ewolucyjnych bakterii (tzw. Gram-dodatnich i Gram-ujemnych) funkcjonują dwa podstawowe modele działania systemu liczenia kworum. Sygnał chemiczny jest wytwarzany, wysyłany na zewnątrz i odbierany przez komórkę własną i sąsiednie. Wewnątrz komórki-odbiorcy sygnał jest oczyszczany i wzmacniany niczym w radioodbiorniku i przekazywany za pomocą całego układu regulatorów. Ostatecznie aktywowane są odpowiednie geny. Następuje odpowiedź na sygnał - gdy bakteria zaczyna produkować chociażby czynniki zjadliwości, np. toksyny, to wie, że w ciele człowieka, którego zakaziła, jest już wystarczająco dużo jej pobratymców, by podjąć frontalny atak.

Znanych jest także wiele innych sposobów komunikacji, m.in. u promieniowców - nitkowatych bakterii glebowych, produkujących liczne antybiotyki. Także paciorkowce wywołujące próchnicę zębów liczą kworum inaczej niż pozostałe bakterie Gram-dodatnie, a bakteria Myxococcus xanthus zamiast skomplikowanych związków chemicznych wykorzystuje do tego aminokwasy. Dodajmy, że naukowcy opisują systemy komunikacji bakterii, które dają się wyhodować w laboratorium, a to przecież tylko wierzchołek góry lodowej. Mnóstwa gatunków do dziś nie udało się wyhodować, choć wiemy, że istnieją, bo znajdujemy ich DNA np. w wodach oceanicznych.

Złamana enigma

Żeby zrozumieć bakteryjny język komunikacji, trzeba było odkryć, co wspólnego mają ze sobą te liczne i różnorodne sposoby ustalania kworum. Anand Pai i Lingchong You z Duke's Institute for Genome Sciences&Policy and Center for Systems Biology odkryli i opisali w lipcowym "Molecular Systems Biology" taki wspólny mianownik, który nazwali potencjałem zmysłowym (ang. sensing potential). Potencjał ów wyraża stosunek liczby komórek do wielkości środowiska, w którym w danym momencie występują. Nie ma przy tym znaczenia bezwzględna ich liczba - można wywołać liczenie kworum nawet u pojedynczej komórki bakteryjnej, jeśli umieści się ją w małej objętości. Oznacza to, że system ten rozpoznaje sam siebie i przestrzeń, w której się znajduje. Działa zatem raczej niczym sonar niż radio ułatwiające kontakt z innymi osobnikami. "Niezależnie od tego, jaki typ komórek weźmiemy pod uwagę i jakim systemem liczenia kworum będą się one posługiwać, zawsze wystąpi ten związek pomiędzy wielkością komórki a wielkością środowiska, w którym ona się znajduje" - twierdzą autorzy badań.