Cercetări recente arată cum bacteriile moarte determină eliminarea celulelor
Cercetările realizate de biologi la Universitatea din California San Diego relevă o capacitate surprinzătoare a comunităților bacteriene: ejectarea celulelor moarte pentru a asigura supraviețuirea comunității.
Grupuri de bacterii cunoscute sub numele de biofilme se dezvoltă pe diverse suprafețe din mediul înconjurător. Aceste aglomerări microscopice se găsesc frecvent în medii acvatice, de la suprafața netedă a pietrelor din lacuri până la acumulările lipicioase din conductele de apă. De asemenea, biofilmele populează anumite zone ale corpului uman, inclusiv pielea și suprafețele dinților.
Cercetătorii din laboratorul profesorului Gürol Süel au observat pentru prima dată fenomenul de ejectare a biofilmului în timpul studiului unei bacterii cunoscute sub numele de bacil de fân (Bacillus subtilis). Concepțiile anterioare susțineau că biofilmele aflate în pericol de moarte pur și simplu se dizolvau. Surpriza echipei a fost și mai mare atunci când au constatat că doar meduzele din regnul animal prezintă mecanisme similare de ejectare.
„Am descoperit că, la sfârșitul ciclului lor de viață, aceste biofilme bacteriene ejectează forțat celule specifice din comunitate”, a declarat Süel. „Biofilmul simte că se află în dificultate, așa că își lansează celulele ca pe un modul de salvare.”
Studiul, publicat pe 7 iulie în Nature Microbiology, a fost condus de studenții la masterat Todd Kwang-Tao Chou și Alejandra Dau-Martinez. Aceștia au utilizat instrumente de înaltă rezoluție pentru a captura imagini ale biofilmului la nivelul unei singure celule, ceea ce a permis realizarea unor studii fără precedent asupra matricei extracelulare, rețeaua de molecule care susțin celulele. Modelarea matematică, realizată împreună cu colegi de la Universitat Pompeu Fabra, a permis deconstruirea fizicii procesului de ejectare, care fusese anterior ascunsă.
Studenții din laboratorul lui Süel au determinat că forțele mecanice din spatele ejectării sunt generate de o rețea auto-creată de polimeri cunoscută sub numele de hidrogeli. În mod specific, producția unui polimer format din acid poli-γ-glutamic (γ-PGA) formează un hidrogel capabil să absoarbă de o mie de ori greutatea sa în apă. Umflarea γ-PGA împinge apoi celulele interne prin straturile exterioare pentru a se elibera din biofilm.
Capacitatea de ejectare oferă biofilmului, care se confruntă cu lipsa de nutrienți sau alte amenințări, șansa de a supraviețui prin eliberarea unor celule mobile care au potențialul de a înota și de a coloniza noi locații.
„Biofilmul știe că va muri, așa că ejectează unele dintre celulele sale pentru a supraviețui și a lupta din nou”, a adăugat profesorul Gürol Süel de la UC San Diego.
După ce au detaliat procesul de ejectare, cercetătorii și-au confirmat constatările prin controlul și manipularea funcției prin metode genetice și reacții chimice. Echipa a demonstrat că pot forța ruperea biofilmului prin supra-producția de γ-PGA.
Având în vedere că biofilmele bacteriene sunt extrem de rezistente la antibiotice, constituind o amenințare tot mai mare pentru sănătatea publică, ruperea biofilmurilor ar putea reprezenta o metodă inovatoare de eliminare a comunităților bacteriene dăunătoare fără utilizarea medicamentelor.
„Demonstrarea că biofilmele pot fi forțate să se descompună fără a necesita antibiotice sau substanțe chimice toxice, doar prin supra-producția de γ-PGA, este un pas important”, susțin cercetătorii în studiu. Rezultatele ar putea fi, de asemenea, utile în înțelegerea conceptuală a răspândirii cancerului, având în vedere că tumorile împărtășesc caracteristici cu biofilmele bacteriene, inclusiv metastaza, în care tumorile eliberează celule canceroase.
