Co się dzieje, gdy drobnoustroje stają się głodne? Jak dokładnie odradzają się do życia po stuleciach? Czy możemy z nimi rozmawiać, wyłączać je i włączać? Oto niektóre z najnowszych odkryć dotyczących działania bakterii.

Efekt Łazarza

Bakterie mogą przetrwać lata, a nawet stulecia, bez składników odżywczych, ale sposób, w jaki wracają do życia, był od wieków tajemnicą. Teraz badania z Harvard Medical School, opublikowane w kwietniu w czasopiśmie Science, pokazują, że czujniki komórkowe osłaniają uśpione zarodniki bakterii. Te same tarcze mogą wykrywać obecność składników odżywczych i pomagać zarodnikom w powrocie do życia, gdy pożywienie stanie się dostępne.

W oświadczeniu badacz Gürol Süel wyjaśnia, że ​​to „pokazuje, że komórki w stanie głębokiego uśpienia mają zdolność przetwarzania informacji… działalność.”

Nowe odkrycia mogą stanowić podstawę dla nowych strategii zapobiegania infekcjom i psuciu się żywności, pomagając naukowcom dowiedzieć się, jak zapobiegać przebudzaniu się zarodników bakterii.

Głodny i zły?

Nowe badania przeprowadzone przez Adama Rosenthala, adiunkta mikrobiologii i immunologii na University of North Carolina Health, wykazały, że niektóre bakterie uwalniają szkodliwe toksyny, gdy nie są dobrze odżywione.

Rosenthal wybrał Clostridium perfringens — bakterię w kształcie pałeczki, którą można znaleźć w przewodzie pokarmowym ludzi i innych kręgowców, owadów oraz w glebie — i odkrył, że komórkom wytwarzającym toksyny brakuje kluczowych składników odżywczych.

Następnie badacze wystawili komórki „złych aktorów” na działanie pożywienia i zaobserwowali spadek poziomu toksyn w całej społeczności oraz spadek liczby „złych aktorów”. Czy „karmienie” bakteriami może zapobiegać lub leczyć niektóre rodzaje infekcji u ludzi i zwierząt? W swoim badaniu, opublikowanym w kwietniu w Nature Microbiology, Rosenthal sugeruje, że tak.

Obecnie jest w trakcie współpracy z kolegami z UNC, aby zastosować swoje odkrycia w zadaniu walki z tolerancją na antybiotyki (krok poniżej oporności na antybiotyki). Taka tolerancja może skutkować mniej skutecznym leczeniem, ale mechanizmy kontrolujące tolerancję nie są jeszcze dobrze poznane.

Rozmowa z zarazkiem

Podobnie jak neurony w ludzkim mózgu, bakterie używają sygnałów elektrycznych do komunikacji. „Nanoprzewody bakteryjne” umożliwiają bakteriom tworzenie sieci i koordynację zachowań. Teraz naukowcy odkryli sposób potencjalnego kontrolowania tej sygnalizacji elektrycznej. W badaniu opublikowanym w Advanced Science w lutym naukowcom z uniwersytetów w Warwick i Politecnico di Milano udało się zmienić sygnały elektryczne między bakteriami za pomocą „fotoprzełącznika” – cząsteczki, która wiąże się z bakteriami i zmienia swoją strukturę pod wpływem światła. Teoretycznie można to wykorzystać do kontrolowania zachowania bakterii.

Dalsze badania mogłyby wykorzystać to odkrycie do zwalczania i być może zapobiegania infekcjom oraz zwalczania oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe. „Podejście to można (również) wykorzystać do zbudowania hybryd bakteryjnych, które mogą postrzegać światło i wykonywać przydatne zadania, takie jak dostarczanie leków w trudno dostępne miejsca na ciele” — czytamy w raporcie.

Włącznik/wyłącznik

W przypadku bakterii bez ust i płuc „oddychanie” jest skomplikowane. Geobacter, pospolity rodzaj zamieszkujący wody gruntowe, połyka odpady organiczne i „wydycha” przez cienkie, przewodzące włókna, generując w tym procesie niewielki prąd elektryczny.

W 2021 roku naukowcy odkryli, jak wyłączyć i ponownie włączyć ten „silnik”. W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Cell naukowcy z Yale University, w tym Nikhil Malvankar, adiunkt biofizyki molekularnej i biochemii, odkryli, że usuwając włosopodobne struktury zwane pilusami w każdej komórce bakteryjnej, mogą wyłączyć zdolność bakterii do generować prąd elektryczny. I odwrotnie, dodając pewne chemikalia, byli w stanie stymulować produkcję pilusów, a tym samym prąd elektryczny. Naukowcy twierdzą, że ten włącznik/wyłącznik może zainspirować nowe technologie, takie jak potężne baterie zasilane mikrobami, które wytwarzają energię elektryczną za pomocą komórek drobnoustrojów.

Co tak naprawdę napędza życie w oceanie?

Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University w Melbourne, opublikowane w lutym w czasopiśmie Nature Microbiology, sugeruje, że nie tylko drobnoustroje w głębokim oceanie mogą żyć bez światła słonecznego.

Raport stwierdza, że ​​biliony drobnoustrojów w regionach oceanów, od tropików po bieguny, są w stanie wykorzystywać chemosyntezę (metabolizującą wodór i tlenek węgla) zamiast fotosyntezy, aby przetrwać.

„Odkryliśmy, że geny, które umożliwiają zużycie wodoru, są obecne u ośmiu daleko spokrewnionych typów drobnoustrojów, znanych jako gromady, i odkryliśmy, że ta strategia przetrwania staje się bardziej powszechna, im głębiej żyją” – mówi mikrobiolog Rachael Lappan, która kierowała badaniem.

Poprzednie badanie przeprowadzone przez tych samych badaczy koncentrowało się na bakteriach glebowych i wykazało, że tam również szeroki zakres może przetrwać dzięki wodorowi i tlenkowi węgla pobieranemu z atmosfery.

W oceanach „wodór i tlenek węgla„ karmiły ”mikroby we wszystkich obserwowanych przez nas regionach, od miejskich zatok po obszary wokół tropikalnych wysp, setki metrów pod powierzchnią, a nawet pod lodowymi szelfami Antarktydy” — mówi profesor Chris Greening z uniwersytecki Instytut Odkrywania Biomedycyny. „Pierwsze życie prawdopodobnie pojawiło się w kominach głębinowych, wykorzystując wodór, a nie światło słoneczne, jako źródło energii. To niewiarygodne, że 3,7 miliarda lat później tak wiele drobnoustrojów w oceanach wciąż używa tego wysokoenergetycznego gazu, a my do tej pory całkowicie to przeoczyliśmy.