Biofilm działa jak mikrobiologiczny mózg

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Biolodzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego odkryli, że jak neurony mózgu, bakterie żyjące w społecznościach porozumiewają się ze sobą za pomocą sygnałów elektrycznych. Wykorzystują do tego kanały jonowe.

Nasze odkrycie nie tylko zmienia sposób myślenia o bakteriach, ale i o naszym mózgu. Wszystkie nasze zmysły, zachowanie i inteligencja stanowią wynik elektrycznej komunikacji między neuronami w mózgu, pośredniczonej przez kanały jonowe. Teraz stwierdzamy, że bakterie wykorzystują podobne kanały jonowe do komunikacji i usuwania stresu metabolicznego. Nasze wyniki sugerują, że zaburzenia neurologiczne wyzwalane przez stres metaboliczny mogą mieć prehistoryczne bakteryjne pochodzenie, a zatem zapewniają nowe spojrzenie na metody ich leczenia - podkreśla prof. Gürol Süel.

Zespół Süela badał działanie kanałów jonowych w obrębie biofilmów. Zainteresowanie Amerykanów w sygnałach dalekiego zasięgu to pokłosie wcześniejszego studium, w ramach którego ustalono, że jak ludzie, biofilmy są w stanie rozwiązywać konflikty społeczne w grupie.

Naukowcy odkryli, że gdy biofilm złożony z setek tysięcy laseczek siennych (Bacillus subtilis) rozrośnie się do określonych rozmiarów, komórki z obrzeża z nieograniczonym dostępem do składników odżywczych przestają rosnąć, by pokarm, a zwłaszcza glutaminan, mógł dotrzeć do centrum biofilmu. W ten sposób bakterie z tej jego części mogą przeżyć i przetrwać ataki ze strony antybiotyków.

Zdawszy sobie sprawę, że oscylacje we wzroście biofilmu wymagają koordynacji bakterii z peryferii i środka biofilmu, a bakterie rywalizują o glutaminian, czyli obdarzony ładunkiem anion karboksylowy kwasu glutaminowego, uczeni zaczęli spekulować, że metaboliczna koordynacja może bazować na pewnej postaci komunikacji elektrochemicznej.

Podczas eksperymentów naukowcy zauważyli, że oscylacje potencjału błonowego pokrywały się z oscylacjami wzrostu biofilmu. Odkryli także, że za zmiany w potencjale błonowym odpowiadały kanały jonowe. Później okazało się, że podstawą tego zjawiska było rozchodzenie fal kationów potasu. To one pozwalały skoordynować aktywność metaboliczną bakterii z różnych regionów. Gdy bakteriom usunięto kanały jonowe, biofilmy nie były w stanie przewodzić sygnałów elektrycznych.

Odkryliśmy, że jak neurony w naszym mózgu, bakterie wykorzystują kanały jonowe do komunikowania za pośrednictwem sygnałów elektrycznych. Na tej zasadzie społeczność bakteryjna wydaje się funkcjonować jak mikrobiologiczny mózg - opowiada Süel, dodając, że komunikacja bakteryjna bardzo przypomina rozprzestrzeniającą się depresję korową (ang. cortical spreading depression, CSD) z ludzkiego mózgu, czyli zjawisko zaangażowane w patomechanizm migreny czy drgawek. Interesujące jest to, że zarówno migrena, jak i sygnalizacja elektryczna u bakterii jest wyzwalana przez stres metaboliczny. To oznacza, że wiele leków stworzonych z myślą o migrenie może się również sprawdzić w zwalczaniu biofilmów. To ważna wiadomość, zważywszy na coraz poważniejszy problem antybiotykooporności.

« powrót do artykułu