Cercetătorii descoperă o strategie surprinzătoare a bacteriilor pentru a rezista la stresul antibiotic
Escherichia coli (E. coli) este o bacterie în general inofensivă, ce trăiește în intestinele animalelor și oamenilor. Acestea sunt cele mai studiate bacterii și, de multe ori, atunci când oamenii de știință descoperă ceva nou despre E. coli, aplică acea descoperire și la alte bacterii. Astfel, când s-a aflat că E. coli își alocă resursele pentru a crește cât mai repede permite mediul, s-a considerat că toate bacteriile se comportă similar.
Cercetătorii de la Universitatea din California, San Diego, au descoperit însă că Bacillus subtilis (B. subtilis), o bacterie întâlnită frecvent în sol, folosește o strategie de supraviețuire diferită. Rezultatul, publicat în Science, ridică întrebarea dacă alte tipuri de bacterii utilizează strategii alternative și cum această cunoaștere ar putea ajuta cercetătorii să gândească diferit despre toleranța la antibiotice.
Bacteriile E. coli cresc cât de repede le permite mediul – uneori dublându-se la fiecare 20 de minute – astfel că, chiar și în condiții adverse, continuă să se multiplice cât mai repede. Din perspectiva evoluționistă, acest lucru are sens: cu cât sunt mai multe E. coli, cu atât șansele ca unele să supraviețuiască sunt mai mari.
Cu un deceniu în urmă, cercetătorii din laboratorul profesorului de fizică Suckjoon Jun de la UC San Diego au încercat să reproducă un rezultat important obținut cu E. coli în cazul lui B. subtilis și au avut parte de o surpriză. La E. coli, atunci când producția de proteine este parțial blocată de un antibiotic, celula compensează prin construirea de ribozomi suplimentari, mașinile sale de fabricare a proteinelor. Echipa se aștepta ca B. subtilis să reacționeze în același mod. În schimb, nivelurile de ribozomi au rămas constante. Jun a presupus că experimentul a fost realizat greșit, dar când rezultatul a fost confirmat în repetate rânduri, a realizat că B. subtilis gestionează stresul într-un mod fundamental diferit.
Pentru a afla mai multe, Jun a colaborat cu Jade Wang, profesor de bacteriologie la Universitatea din Wisconsin-Madison, expert în răspunsul stringent bacterian, în special în cazul E. coli și B. subtilis. Răspunsul stringent este un mecanism de supraviețuire folosit de bacterii pentru a se adapta la condiții de mediu dure, cum ar fi lipsa nutrienților sau prezența antibioticelor.
Colaborarea lor a dus la concluzia că cele două bacterii utilizează mecanisme diferite de control al supraviețuirii.
Bacteriile sunt considerate în general capabile să crească cât de repede le permit nutrienții disponibili, echilibrând cu atenție modul în care își investesc resursele. Totuși, s-a descoperit că sub stresul antibiotic, B. subtilis face opusul, alegând să își limiteze creșterea sub capacitatea sa maximă.
Pentru a prospera, bacteriile trebuie să aloce resurse între ribozomi, care construiesc proteine, și celelalte componente ale celulei care formează materia primă pentru acele proteine, inclusiv aminoacizii. La E. coli, o moleculă mică numită (p)ppGpp acționează ca un comutator de control: atunci când proviziile de aminoacizi scad în condiții nefavorabile, (p)ppGpp crește și îi spune celulei să producă mai puțini ribozomi, menținând totul în sincron.
B. subtilis are un alt comutator de control, numit guanozin trifosfat (GTP). GTP are două roluri: alimentează procesele esențiale, cum ar fi sinteza proteinelor, și acționează ca un semnal de reglementare pentru funcții precum răspunsul la stres. În condiții adverse, nivelurile de GTP în B. subtilis scad. Această scădere încetinește producția de aminoacizi, dar nivelurile de ribozomi rămân constante. Rezultatul este o decuplare, în care „fabrica” celulei rămâne plină de mașini, dar proviziile de materii prime s-au redus.
Menținerea numărului de ribozomi constant atunci când GTP scade încetinește creșterea bacteriilor, dar le face mai tolerante la stres. Atunci când GTP este ridicat, creșterea se accelerează, dar celulele devin mai vulnerabile. Această compensare permite B. subtilis să aleagă între o creștere mai rapidă și rezistența la stres în funcție de condițiile de mediu.
În experimentele realizate de laboratoarele lui Jun și Wang, B. subtilis s-a dovedit a fi mult mai capabilă să supraviețuiască în medii cu antibiotice comparativ cu E. coli. Acest lucru ar putea fi legat de persistență, în care un procent mic de celule supraviețuiește expunerii la antibiotice fără a deveni rezistente genetic, reluând creșterea odată ce condițiile se îmbunătățesc.
„Tindem să presupunem că bacteriile sunt construite pentru a crește cât mai repede posibil. Ceea ce ne-a surprins este că aceasta alege să nu o facă. Se reține pentru a supraviețui sub stres, iar când am schimbat comutatorul care controlează această decizie, a crescut mai repede, dar a devenit mult mai vulnerabilă,” a declarat Jun. „Celula își asumă constant un risc între a crește și a supraviețui, iar acest risc ar putea fi parte din motivul pentru care bacteriile sunt atât de greu de distrus.”
Această cercetare contestă o presupunere de lungă durată conform căreia bacteriile sunt programate doar să crească cât mai repede posibil, arătând în schimb că multe dintre ele echilibrează creșterea cu supraviețuirea ca o strategie activă. Deoarece încetinirea este legată direct de supraviețuirea în fața antibioticelor, constatările sugerează o nouă modalitate de a gândi despre cum bacteriile tolerează antibioticele și supraviețuiesc stresului.
