Głębsze spojrzenie na zasady i strategie walki bakterii
Świat bakterii jest pełen agresji i walki. Wiele bakterii wzięło udział w swoistym wyścigu zbrojeń, wypracowując broń w celu atakowania innych szczepów. W tym celu używają między innymi zatrutych molekularnych włóczni, które uwalniają toksyny w celu zatrucia swoich wrogów. W świecie bakterii występują nawet samobójcze ataki. „Kluczowym zagadnieniem, jakie poruszamy w naszych badaniach, jest powszechne występowanie tych rozwiązań oraz korzyści, jakie zapewniają bakteriom z punktu widzenia przetrwania i rozmnażania”, wyjaśnia Kevin Foster, kierownik Katedry Mikrobiologii w Szkole Patologii im. Sir Willliama Dunna na Uniwersytecie Oksfordzkim. „Odkryliśmy, że ze względu na terytorialny charakter wielu bakterii, zaciekła walka o swoje terytoria może być dla nich korzystna”, dodaje badacz. Choć badanie broni bakterii jest fascynujące z ewolucyjnego punktu widzenia, może przekładać się również na wykorzystanie konkurencji i wojen bakterii w celu leczenia chorób. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu MicroWars badał pola bitew bakterii, aby dowiedzieć się, czy bronie i strategie występujące w tym świecie można wykorzystać do zwalczania bakterii wywołujących śmiertelne choroby. „Aby zrozumieć możliwości, musimy najpierw zbadać, jak działa w praktyce ta broń i kiedy osiąga największą skuteczność”, wyjaśnia Foster.
Modelowanie wojen bakterii
Zachowania bakterii są trudne do obserwowania gołym okiem. Aby je zbadać, naukowcy musieli opracować mechanizmy pośredniczące, aby móc obserwować ich działania w czasie. W ramach projektu MicroWars zespół wykorzystał inżynierię genetyczną, aby zmusić bakterie do świecenia podczas używania swoich broni. Dzięki temu badacze wiedzieli kiedy i jak podejmowały walkę. Korzystając z modelowania matematycznego i obliczeniowego, naukowcy mogli następnie ocenić naturalne zachowania i dostępne alternatywy, aby stwierdzić, dlaczego bakterie walczą przy pomocy wybranych metod. „Jednym z interesujących zachowań bakterii, któremu przyglądaliśmy się bliżej, jest zasada wzajemności, w ramach której dany szczep atakuje tylko wtedy, gdy padnie ofiarą ataku jako pierwszy”, mówi Foster. Badacze przeanalizowali zastosowania zatrutej broni molekularnej przez bakterie Pseudomonas aeruginosa. Odkryli przy tym, że powstrzymywanie się przed atakiem może być skuteczną strategią, jeśli bakterie są w stanie przyjąć cios i uderzyć mocniej w odpowiedzi.
Nowe spojrzenie na wojny bakterii
„Myślę, że najbardziej zdumiewającą rzeczą, jakiej dowiedzieliśmy się o działaniach wojennych prowadzonych przez bakterie, jest ich elastyczność i responsywność podczas walki”, mówi Foster. Bakterie charakteryzują się wieloma sposobami wykrywania ataków i przewidywania przyszłych walk, a także reagowania na nie w sposób, który ma strategiczny sens dla ich ewolucyjnego i ekologicznego sukcesu. Jednym z kluczowych odkryć badaczy było lepsze zrozumienie powodów, które sprawiają, że niektóre bakterie są tak silnie uzbrojone - terytorium jest bowiem kluczowym zasobem, a przestrzeń jest na wagę złota. Bakterie opracowały w związku z tym zarówno broń dalekiego, jak i krótkiego zasięgu, aby skutecznie walczyć o tę przestrzeń jako jednostki oraz w ramach zbiorowości. „Daje im to znacznie więcej możliwości walki niż wielu zwierzętom, które zazwyczaj walczą samotnie”, mówi Foster.
Nowa taktyka walki z patogenami jelitowymi
Po przeanalizowaniu bakteryjnej sztuki wojny, naukowcy próbują teraz opracować szczepy, które można wykorzystać do eliminacji szkodliwych bakterii i ochrony ludzi przed patogenami jelitowymi. Wiedzą już, że nowe szczepy muszą dysponować własnym źródłem substancji odżywczych i wystarczająco potężną bronią. „Dowiedliśmy skuteczności tego podejścia w laboratorium. Teraz staramy się przygotować nasze rozwiązania do wykorzystania w warunkach klinicznych”, wyjaśnia Foster.
