Jak bakterie zwołują się, by wspólnie działać.

Według niektórych ujęć świata ożywionego ba­kteria to jedynie samoreplikujący się bioreaktor. Otoczona błoną komórkową plejada jednoczesnych, zależnych od siebie reakcji biochemicznych składających się na metabolizm. Jej produktami są białka potrzebne do podziału komórkowego, wszelkie enzymy zaangażowane w każdy z komórkowych procesów, kwasy nukleinowe składające się na materiał genetyczny, lipidy wchodzące w skład błon komórkowych i setki innych związków.

Sprawa mogłaby wydawać się prosta, gdybyśmy mieli do czynienia z pojedynczą, odizolowaną od pobratymców i przedstawicieli innych gatunków komórką zajmującą się tylko swoimi sprawami.

Informacja

Z ostatniej chwili! To trzecia z Twoich pięciu treści dostępnych bezpłatnie w tym miesiącu. Słuchaj i czytaj bez ograniczeń – zapraszamy do prenumeraty cyfrowej!

Subskrybuj

Jednak rozpatrywanie mikroorganizmów jako odosobnionych bytów nie przystaje do rzeczywistości. Zazwyczaj występują one w danej niszy w wielkich liczbach. Ponadto nieczęsto mamy do czynienia z homogenną populacją. Przykładowo – powierzchnia skóry jest domem dla setek gatunków różnych mikroorganizmów, oddanych nieustannemu współzawodnictwu lub współpracy. Do tego dochodzą czynniki środowiskowe, a wśród nich dostępność pożywienia, temperatura, wilgotność czy obecność antybiotyków. Tak skomplikowane systemy polegają w dużej mierze na komunikacji umożliwiającej zmianę fenotypu, czyli dostosowanie swoich cech i zachowania do aktual­nych warunków.

Ciekawym przykładem takiej adaptacji są komórki Aliivibrio fischeri, które zazwyczaj występują w formie wolno żyjącej w wodzie morskiej. Zdarza się im jednak wchodzenie w symbiozę z pewną hawajską kałamarnicą, u której są odpowiedzialne za bioluminescencję wewnątrz wyspecjalizowanego organu. Naukowcy zauważyli, że bakterie wolno żyjące nie charakteryzują się bioluminescencją. Geny odpowiedzialne za ten proces są wyciszone, gdy bakterii w środowisku jest mało, a uruchamiane zostają dopiero przy wysokim zagęszczeniu komórek.

System ten bazuje na cząsteczce, będącej naturalnym produktem metabolizmu, oraz na receptorze ją rozpoznającym. A. fischeri wydzielają cząsteczkę sygnałową do środowiska i chociaż receptory są w stanie ją rozpoznać, to dopóki nie występuje ona w wystarczająco wysokim stężeniu, nie wywołuje efektu. Dopiero gdy zagęszczenie populacji, a co za tym idzie cząstki sygna­łowej, przekroczy punkt krytyczny, geny luminescencji są aktywowane, a bakterie świecą.

Podobny mechanizm, zwany quorum sensing, występuje też u innych gatunków bakterii i jest wykorzystywany w wielu procesach fizjologicznych. Odgrywa rolę podczas inicjacji biosyntezy antybiotyków, wytwarzaniu warstwy biofilmu czy w razie infekcji. W wyniku różnic w szlakach metabolicznych między gatunkami cząsteczki sygnałowe – chociaż podobne – różnią się od siebie. Idą za tym różnice w budowie receptorów odpowiedzialnych za ich rozpoznanie. Można więc powiedzieć, że gatunki bakterii mają swoje własne języki, choć opisano przykłady wskazujące, że nie jest to zasadą, a „słowa” przekraczają czasem bariery międzygatunkowe.

Mikroorganizmy mają w swoim arsenale metody wyciszania komunikacji innych gatunków. Jako cel obierają cząsteczki sygnałowe, wydzielając enzymy zdolne do ich inaktywacji. Znane są też przykłady imitowania cząsteczek sygnałowych innych gatunków w celu wprowadzenia ich w błąd. Okazuje się, że nawet w mikroświecie zdarzają się fake newsy.