Zespół badawczy z Uniwersytetu w Bazylei odkrył, że bakterie dzięki sygnałom ostrzegawczym mogą wykrywać zagrożenia, zanim zostaną bezpośrednio na nie wystawione. Potrafią rozpoznać, gdy inne bakterie w ich otoczeniu giną, i profilaktycznie tworzą ochronny biofilm. Zrozumienie, w jaki sposób bakterie komunikują się i reagują na zagrożenia, ma kluczowe znaczenie w walce z infekcjami.
Bakterie nieustannie walczą o przetrwanie. Niebezpieczeństwo czyha na nie ze strony komórek obronnych naszego organizmu, antybiotyków czy bakteriofagów – wirusów atakujących wyłącznie bakterie. W toku ewolucji wykształciły one jednak różnorodne strategie obronne. Jak jednak bakterie mogą wyczuć zagrożenie w środowisku i podjąć działania ochronne?
Sygnał ostrzegawczy: fragmenty ściany komórkowej
W swoich badaniach zespół prof. dr. Knuta Dreschera z Biozentrum Uniwersytetu w Bazylei wykazał, że fragmenty ściany komórkowej bakterii, tzw. peptydoglikany, pełnią rolę sygnału ostrzegawczego.
– „Te molekuły są uniwersalnym sygnałem ostrzegawczym, który mogą rozpoznawać nie tylko bakterie tego samego gatunku, ale również bakterie innych gatunków” – wyjaśnia Drescher. – „Peptydoglikany uwalniane są, gdy bakterie zostają zniszczone, na przykład przez bakteriofagi lub zabite przez antybiotyki.”
Mechanizm ochronny: tworzenie biofilmów
Bakterie reagują na ten sygnał ostrzegawczy poprzez produkcję cząsteczki o nazwie c-di-GMP, która inicjuje tworzenie biofilmów. Biofilmy to trójwymiarowe struktury, w których bakterie żyją razem, otoczone śluzowatą macierzą. – „U bakterii Vibrio cholerae, odpowiedzialnych za cholerę, już krótki kontakt z fragmentami ściany komórkowej wystarcza, aby uruchomić proces tworzenia biofilmu” – tłumaczy Sanika Vaidya, główna autorka badania. W biofilmie bakterie są chronione zarówno przed atakami bakteriofagów i komórek odpornościowych, jak i przed działaniem antybiotyków.
Strategia przetrwania: ostrzeżenia międzygatunkowe
Takie zachowanie zaobserwowano nie tylko u bakterii wywołujących cholerę, ale również u innych niebezpiecznych, często wieloopornych patogenów, takich jak Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Staphylococcus aureus czy Enterococcus faecalis.
Fakt, że bakterie różnych gatunków reagują na ten sam sygnał ostrzegawczy, sugeruje istnienie uniwersalnej strategii przetrwania. – „Co ciekawe, ludzkie komórki odpornościowe również rozpoznają fragmenty peptydoglikanów jako sygnał infekcji” – dodaje Drescher. – „Występują więc zaskakujące podobieństwa między mechanizmami obronnymi bakterii i ludzi.”
Znaczenie praktyczne: jak zapobiegać biofilmom?
Ta uniwersalna strategia przetrwania może wyjaśniać, dlaczego biofilmy odgrywają tak istotną rolę w różnych środowiskach – od ekosystemów naturalnych po infekcje u ludzi. Badania te rodzą jednak nowe pytania: czy fragmenty ściany komórkowej aktywują również inne mechanizmy ochronne oprócz tworzenia biofilmów? Jak można wykorzystać te odkrycia, aby skuteczniej zwalczać patogeny tworzące biofilmy?
Źródło: Universität Basel
