Идеята за обединение от бактериите, за да образуват социално организирана общност, способна на сътрудничество, конкуренция и сложна комуникация, отначало може да изглежда невероятна, направо научна фантастика.
Но общностите от бактериални биофилми имат важни последици за човешкото здраве, от причиняване на заболяване до подпомагане на храносмилането. И те играят роля в редица нововъзникващи технологии, предназначени да опазват околната среда и да генерират чиста енергия.
Ново изследване, ръководено от Калифорнийския университет, Лос Анджелис (UCLA), може да даде на учените прозрения, които ще им помогнат да култивират полезни микроби или да изчистят опасните от повърхности, където са образували биофилми - включително върху тъкани и органи в човешкото тяло. Изследването, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences, описва как, образувайки биофилми, бактериите Pseudomonas aeruginosa комуникират със своите потомци, използвайки химически сигнали, аналогични на радиопредавания.
Изследователите показват, че нивата на концентрация на молекула, наречена цикличен дигуанилат, или c-di-GMP, могат да се увеличават и намаляват по добре дефинирани модели с течение на времето и през поколенията бактерии. Бактериалните клетки използват тези химически сигнални вълни, установява проучването, за да кодират информация за своите потомци, която помага да се координира образуването на колонии.
При това явление дали дадена клетка се прикрепя към повърхност се влияе от специфичната форма на тези трептения - подобно на начина, по който информацията се съхранява в AM и FM радиовълните.
„Тъй като тези осцилации управляват това, което прави цялата потомствена линия, голям брой клетки се контролират едновременно с тези сигнали“, обяснява съавторът Джерард Уонг (Gerard Wong), професор по биоинженерство в Инженерното училище на UCLA и по химия и биохимия в колежа на UCLA и член на Калифорнийския институт за наносистеми в UCLA. "Това означава, че потенциално имаме ново копче за контрол или фина настройка на образуването на биофилм, което работи като масова комуникации за бактериите."
Спирането на образуването на биофилми може да бъде животоспасяващо при определени сценарии, като например противодействие на инфекциите, покриващи лигавицата на белите дробове при хора с кистозна фиброза.
В други ситуации, подобряването на способността за култивиране на биофилми би било полезно – укрепване на колонии от „добри“ бактерии в човешките черва, за да подпомогне храносмилането например или за защита на хората от болестотворни микроби. Изследователите работят за разработването на бактериални биофилми, които могат да разграждат пластмасата, да ядат промишлени отпадъци или дори да генерират електричество в горивни клетки.
Изследването добавя нови измерения към научното разбиране на механизмите, които водят до биофилми. Настоящата парадигма, установена през последните 20 години, твърди, че когато бактерия усети повърхност, тази клетка започва да произвежда c-di-GMP, което от своя страна кара бактерията да се прикрепят към повърхността. Всъщност, биофилмните клетки обикновено имат по-високи нива на c-di-GMP, отколкото бактериалните клетки, които се движат.
Изследванията на биофилми, фокусирани върху способността на бактериите да комуникират едно поколение с друго, са инициирани от водещия автор Калвин Лий (Calvin Lee), постдокторант от UCLA, заедно с Уонг и техни колеги, в публикация от 2018 г. В настоящото проучване екипът изяснява как бактериите комуникират за съществуването на повърхност, използвайки c-di-GMP сигнали - сигналните вълни с различни височини и различни честоти могат да бъдат предавани от клетката на бактерията към нейните потомци.
Тези химични сигнали са аналогични съответно на AM радио - амплитудна модулация, която кодира даден сигнал въз основа на амплитудата или височината на радиовълна - и FM радио - честотна модулация, която кодира сигнали чрез броя на трептенията във вълната за определен период от време.
Кредит: Calvin K. Lee et al. https://www.pnas.org/content/119/4/e2112226119
С техники за анализ, които обикновено се използват за големи данни* (big data) и изкуствен интелект, изследователите идентифицират три важни фактора, които контролират образуването на биофилм: средни нива на c-di-GMP, честота на колебанията в нивата на c-di-GMP и степента на движение на клетките по повърхността, където се образува биофилмът.
*Big Data - Големи данни. Това са структурирани и неструктурирани данни с огромни обеми и значително разнообразие, ефективно обработвани от хоризонтално мащабируеми софтуерни инструменти
„Съществуващата парадигма е, че един вход произвежда един изход, като нарастващите нива на сигнала водят до образуване на биофилм“, обяснява Лий. „Ние предполагаме, че множество входове в крайна сметка довеждат до същия изход и че бактериите могат да оставят дълготрайни съобщения за своето потомство. Трябва да се разгледат повече неща, за да получим пълната картина.”
Справка: “Broadcasting of amplitude- and frequency-modulated c-di-GMP signals facilitates cooperative surface commitment in bacterial lineages” by Calvin K. Lee, William C. Schmidt, Shanice S. Webster, Jonathan W. Chen, George A. O’Toole and Gerard C. L. Wong, 25 January 2022, Proceedings of the National Academy of Sciences.
Източник: Bacteria Communicate Using Chemical Signals Comparable to Radio Waves
UCLA
Още по темата
Животът
Обикновеният дезинфектант може да доведе до появата на супербактерии
Животът
Изкуствените подсладители превръщат чревните бактерии в патогенни
Животът
Развитието на бактериални колонии изненадващо напомня на заселването на хората в градовете
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
1029
1
03.02 2022 в 09:24
Последни коментари