Tudomány
Együttműködő baktériumok
Interjú dr. Czárán Tamással
2010. április 20. 13:04
Az MTA-ELTE Ökológiai és Elméleti Biológiai Kutatócsoport munkatársa, dr. Czárán Tamás evolúcióbiológus azt kutatja matematikai modellek segítségével, hogy milyen körülmények között alakul ki kooperáció baktériumok között.
– Az evolúció harc: a rátermettebb legyőzi a gyengébbet, a folyton változó környezet alkalmazkodásra kényszerít. Mostanában mégis sokan hangsúlyozzák az együttműködés előrevivő erejét, sőt olyanok is vannak, mint például Luis Villarreal virológus, akik szerint a kooperáció ugyanolyan fontos az evolúcióban, mint az önző gének versengése.
– Már Darwin is írt a szimbiózisról, azonban a kooperáció az evolúcióelméletben az 1970-es évektől, az evolúciós játékelmélet megjelenésével, John Maynard Smith működése nyomán került reflektorfénybe. A kooperáció azért nehéz műfaj, mert könnyű csalni, a másik együttműködési készségét kihasználva tenni szert haszonra. Napjainkban igazi nagy „boom” a kooperációt lehetővé tevő kommunikáció kutatásában van, mégpedig a törzsfa aljához közeli élőlényekre vonatkozóan: a quorum sensing (QS, lokális denzitásérzékelés) révén az egy fajba tartozó baktériumok, a különböző fajtájú baktériumok, valamint a baktériumok és gazdaszervezeteik – ez a crosstalk – egyaránt képesek „beszélgetni” egymással.
– A PlosOne-ban, a holland Rolf Hoekstrával közösen írt cikkében azt fejtegeti, hogy a kooperáció evolúcióját a baktériumokban a quorum sensing hajtja előre. Mit mondanak egymásnak ezek az élőlények?
– A baktériumpopulációkon belüli együttműködés számos kísérleti vizsgálat tanúsága szerint sokkal általánosabb jelenség, mint azt akár csak a közelmúltban is sejtettük; a QS-t szinte minden e szempontból vizsgált baktériumtörzsben megtalálták. Tipikus formája a táplálék sejten kívüli emésztésében részt vevő exoenzimek, a vízben alig oldódó, de életfontosságú vas(III)-ionokat felvehetővé tevő szideroforok, illetve a patogének invazív képességét növelő virulenciafaktorok közös termelése, a versenytársak kiszorítását célzó bakteriocinprodukció vagy a biofilmképzés. A „közös javak” azonban kizárólag akkor hasznosíthatók a baktériumok számára, ha koncentrációjuk elér egy kritikus szintet, vagyis ha kellően nagyszámú, egymással szomszédos baktériumegyed szinkronizált módon termeli azokat. Az egyedek egy bizonyos lokális küszöbdenzitása (quoruma – a szó egyébként határozatképes létszámot jelent a jogi nyelvhasználatban) alatt nemcsak felesleges, de kifejezetten hátrányos az együttműködéssel próbálkozni, mert az abba fektetett energia elvész. A lokális egyedsűrűségre vonatkozó információ lehetővé teszi, hogy az értékes forrásokat felemésztő kooperáció csak akkor kezdődjön, amikor a lehetséges együttműködők denzitása már meghaladja a kellő hatékonyságot biztosító küszöbértéket. Elképzelhető, hogy versengő baktériumok QS segítségével szabályozzák a szaporodásukat, illetve gátolják egymás kommunikációját. Érdekesség például, hogy van olyan csalási stratégia – spiteful/gonosz viselkedésnek hívják –, amikor az egyik baktériumtörzs egyedei úgy manipulálják a másikéit, hogy felesleges együttműködési kísérletre késztetik őket: elhasználtatják velük erőforrásaikat, és az ebből eredő versenyhátrányt kihasználva kiszorítják őket.
– Mark Mendel Nature-ben megjelent tanulmánya szerint lehetséges, hogy ugyanazok a bakteriális gének kontrollálják az infekciós képességet, mint a szimbiózist. Az amerikai mikrobiológus egy tintahalfajtát vizsgált, amely szimbionta, biolumineszcens baktériumai felvillanásai révén riasztja el a ragadózókat. Mint Mendel írja, elképzelhető, hogy az egyébként patogenitást elősegítő biofilm-képzés ebben az esetben a baktériumok megtapadásához szükséges.
– Húsz éve magát a QS jelenségét is az Euprymna scolopes nevű tintahal szimbiontája, a Vibrio fischeri vizsgálatával fedezték fel. Bizonyos népsűrűség (populációdenzitás) fölött a baktériumok sikeresen kolonizálják a lábasfejű speciális fény-szervét, és luciferint kezdenek termelni. A biofilm egy speciális összetételű mátrix, amelybe a baktériumok beágyazódnak. A mátrix megvédi a bacikat a gazdaszervezet immunrendszerétől, egyszerűen nem férnek hozzájuk az immunsejtek. A biofilm-gyártásban együttműködhet két vagy több baktériumfajta, így közösen támadják meg a szervezetet. Sőt, a biofilmek nagy része sokfajos, azaz a QS és a QS cross-talk kitüntetett terepe. A fogainkat megtámadó bacik is biofilmet képeznek, és a legtöbb patogén alkalmazza ezt a stratégiát az immunrendszer kicselezésére. A biofilm komplex, jól szervezett struktúra, lehetővé teszi, hogy a szomszédsági viszonyokat szigorúan betartsák – és ezáltal biztosítja a további kooperációt.
Forrás: Dr. Kazai Anita, Medical Tribune
