Η κοινωνική συμπεριφορά των βακτηρίων και η επόμενη γενιά αντιβιοτικών

Τα βακτήρια είναι οι αρχαιότεροι οργανισμοί επάνω στον πλανήτη, συμπεριλαμβανομένων και των αρχαιοβακτηρίων. Πρόκειται για μονοκύτταρους οργανισμούς, οι οποίοι διαθέτουν συνήθως ένα μόνο μόριο κυκλικού DNA και σχετικά μικρό αριθμό γονιδίων. Τα βακτήρια παίζουν θεμελιώδη ρόλο στην ισορροπία των οικοσυστημάτων, καθώς παράγουν σημαντικό ποσοστό του παγκόσμιου οξυγόνου και τεράστιες ποσότητες οργανικής ύλης, μέσω της φωτοσύνθεσης, αποτελώντας τη βάση των υδάτινων κυρίως τροφικών αλυσίδων, αλλά και επιτελώντας, μαζί με τους μύκητες, την διεργασία της αποικοδόμησης, δηλαδή της διάσπασης της νεκρής οργανικής ύλης και την επαναφορά της σε ανόργανη μορφή, ώστε να διασφαλίζουν την ανακύκλωση των υλικών και τη συνέχιση του κύκλου στις επόμενες γενιές οργανισμών. Επίσης, όπως μας λέει και η Bonnie Bassler, καθηγήτρια της μοριακής βιολογίας στο πανεπιστήμιο του Princeton, στην παρούσα ομιλία, κάθε άνθρωπος συμβιώνει με πολλά τρισεκατομμύρια βακτήρια, απαραίτητα για την επιβίωσή του, σε βαθμό που η ίδια διακινδυνεύει ν' αποκαλέσει τους ανθρώπους ως "99% βακτηριακά όντα".

Ταυτόχρονα, κάποια βακτήρια, τα λεγόμενα παθογόνα, αποτελούν μια από τις κυριότερες απειλές για την ανθρώπινη υγεία. Η ανθρωπότητα βρίσκεται σ' έναν αδιάκοπο πόλεμο μαζί τους, έναν πόλεμο τον οποίο εδώ και λίγες δεκαετίες έδειξε να κερδίζει, ωστόσο το μέλλον των εχθροπραξιών φαντάζει στις μέρες μας ιδιαίτερα δυσοίωνο, όπως θα εξηγήσουμε παρακάτω.

Λόγω της μονοκύτταρης φύσης τους, του αγενούς τους τρόπου αναπαραγωγής, αλλά και του εξαιρετικά μικρού τους μεγέθους, έχουμε μέχρι σήμερα την τάση να τα θεωρούμε μονήρη πλάσματα, αποκομμένα το ένα από το άλλο, τα οποία δεν επιδεικνύουν κανενός είδους συλλογικότητα. Νέες έρευνες, τις οποίες διεξάγει η ομιλήτρια στο πανεπιστημιακό της εργαστήριο, μαζί με τους φοιτητές της, έρχονται να διαψεύσουν τούτη την παλαιά αντίληψη. Τα βακτήρια "συνομιλούν" μεταξύ τους, μέσω μιας χημικής γλώσσας, διαθέτοντας έτσι τη δυνατότητα συλλογικών συμπεριφορών, η κατανόηση των οποίων είναι θεμελιώδης για την κατανόηση της περιβαλλοντικής τους συνεισφοράς, όσο και της παθογένειάς τους, όπου αυτή εμφανίζεται.

Συγκεκριμένα, η ερευνήτρια έχει ανακαλύψει κάποιες ουσίες, μοναδικές για κάθε είδος βακτηρίου, οι οποίες παράγονται από κάθε βακτηριακό κύτταρο ξεχωριστά, συλλαμβάνονται από ειδικούς υποδοχείς που βρίσκονται στην επιφάνεια των άλλων βακτηρίων του ίδιου είδους και τα ενημερώνουν για τον αριθμό τους μέσα σ' ένα συγκεκριμένο περιβάλλον. Τη στιγμή κατά την οποία ο αριθμός των βακτηρίων του ίδιου είδους, άρα και η συγκέντρωση της εν λόγω ουσίας, ξεπεράσει κάποιο "κατώφλι", πυροδοτούνται διάφορες συλλογικές συμπεριφορές, από τη βιοφωταύγεια, μέχρι την παθογένεια.

Εκτός από αυτήν τη χημική ουσία, που όπως μας λέει η ομιλήτρια αποτελεί μια χημική λέξη που σημαίνει "Εγώ", έχει ανακαλύψει και μια δεύτερη χημική λέξη που θα μπορούσε να ερμηνευτεί ως "Εσύ". Δηλαδή, κάθε βακτηριακό κύτταρο, ανεξαρτήτως είδους, εκκρίνει στο περιβάλλον τούτη τη δεύτερη χημική ουσία, η οποία συλλαμβάνεται από υποδοχείς της επιφάνειας όλων των υπόλοιπων βακτηρίων και τα βοηθά να καταμετρήσουν τον αριθμό των διαφορετικών από αυτά κυττάρων που συνυπάρχουν στο ίδιο περιβάλλον.


Όπως αναφέραμε παραπάνω, τα παθογόνα βακτήρια αποτελούν μία από τις κυριότερες απειλές εναντίον της υγείας του ανθρώπου. Πράγματι, πριν από την εποχή του Flemming και την ανακάλυψη της πενικιλλίνης, του πρώτου αντιβιοτικού που απομονώθηκε και παρήχθη μαζικά από τον άνθρωπο, οι βακτηριακές λοιμώξεις ήταν η πρώτη αιτία θανάτων παγκοσμίως, πράγμα που ακόμη μέχρι σήμερα ισχύει για τις αναπτυσσόμενες χώρες. Επίσης, βακτήρια που παρήγαγαν θανατηφόρες τοξίνες, όπως ο τέτανος και η διφθερίτιδα, αντιμετωπίστηκαν μόνο με την παραγωγή ειδικών εμβολίων.

Ωστόσο, είναι γνωστό ότι η συνεχής χρήση αλλά και η κατάχρηση αντιβιοτικών, λειτουργεί ως εξελικτική πίεση κι ως φυσική επιλογή στους βακτηριακούς πληθυσμούς, οδηγώντας στην εμφάνιση και στην κυριαρχία στελεχών τα οποία είναι ανθεκτικά σε διάφορα αντιβιοτικά. Έτσι, σήμερα έχουν εμφανιστεί πλήθος πολυανθεκτικών βακτηριακών στελεχών, τα οποία δεν μπορούν να καταπολεμηθούν με τη χρήση των συγκεκριμένων αντιβιοτικών, ενώ η έρευνα για νέα αντιβιοτικά έχει βαλτώσει επικίνδυνα, εδώ και αρκετά χρόνια. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η πολυανθεκτική φυματίωση, η οποία δεν μπορεί να καταπολεμηθεί από κανένα υπάρχον αντιβιοτικό. Έχει υπολογιστεί ότι μια πιθανή πανδημία πολυανθεκτικής φυματίωσης, θα μπορούσε να σκοτώσει μέχρι και το ένα τρίτο του παγκόσμιου πληθυσμού.

Τα ευρήματα της Bonnie Bassler δίνουν μια νέα πνοή στην έρευνα για μοντέρνα αντιβακτηριακά φάρμακα. Η ανακάλυψη της ουσίας που σηματοδοτεί το "Εγώ", η οποία πυροδοτεί την παραγωγή τοξινών κι εν γένει παθογένειας από την πλευρά των βακτηρίων, οδήγησε την ερευνήτρια και την ομάδα της στην κατασκευή παρόμοιας δομής χημικών ουσιών, οι οποίες ανταγωνίζονται την αντίστοιχη βακτηριακή και μπλοκάρουν τους σχετικούς υποδοχείς, με αποτέλεσμα τα βακτήρια να μην είναι πλέον σε θέση να εκδηλώσουν την παθογόνο τους δράση, αφού έχει κατασταλλεί η μεταξύ τους επικοινωνία, ακόμη κι αν έχουν φτάσει σε μεγάλους αριθμούς μέσα στον οργανισμό. Πειράματα σε ποντίκια έδειξαν θετικά και ιδιαίτερα ελπιδοφόρα αποτελέσματα. Ακόμη, η χρήση τροποποιημένων ουσιών, σαν εκείνες που σηματοδοτούν το "Εσύ", θα μπορούσε να οδηγήσει στην παραγωγή αντιβακτηριακών φαρμάκων ευρέως φάσματος. Περαιτέρω, η ερευνήτρια φιλοδοξεί να τροποποιήσει, με χρήση ανάλογων ουσιών, τη δράση των συμβιωτικών με τον άνθρωπο βακτηρίων, έτσι ώστε να βελτιώσει τη συμβίωση και μαζί μ' αυτήν και την υγεία μας.


Μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα παρουσίαση, από μια ιδιαίτερα γλαφυρή ομιλήτρια, με εικόνες και παραδείγματα, η οποία επίσης περιλαμβάνει και μια εκπληκτική και θεαματική ιστορία συμβίωσης ενός είδους βακτηρίων με ένα σελάχι. Έχει μεταφραστεί μέχρι σήμερα σε 31 γλώσσες.

Μετάφραση: Great Chaos
tedlink
Princeton University - Department of molecular Biology

tsaratsaf, θα μας πεις τώρα την ιστορία για εκείνους τους μονοκύτταρους οργανισμούς που προκάλεσαν αναταραχές στην ανθρωπότητα;