Te bakterie są jak zombie. Dla nich śmierć nie oznacza końca

Zabójcze bakterie w akcji

Źródło wideo: Glen D'Souza/ASU

Źródło zdj. gł.: Shutterstock

Zespół badaczy z Uniwersytetu w Aarhus w Danii odkrył, że produkcja DNA może trwać również po rozpadzie pewnych komórek bakteryjnych. Badaczom udało się ponadto znaleźć sposób na sterowanie tym procesem i decydowanie o tym, co zostanie wytworzone. Odkrycie może w przyszłości pomóc w opracowywaniu nowych materiałów biologicznych. Wyniki badań opisano na łamach czasopisma "Angewandte Chemie".

Za produkcję odpowiada "maszyneria molekularna" bakterii, która pozostaje aktywna także po zniszczeniu komórki. Istotny udział w całym procesie mają wirusy. Z jednej strony doprowadzają do śmierci bakterii, a z drugiej dostarczają elementów potrzebnych do dalszego działania tej maszynerii.

>>> CZYTAJ TEŻ: Australia mierzy się z "mięsożerną" bakterią. "Naprawdę niezwykły patogen"

Naukowcy pozbawili bakterie składników odżywczych

Bakterie często tworzą skupiska nazywane biofilmami. Otacza je ochronna, lepka substancja, w której znajduje się między innymi DNA. Pełni ona funkcję zarówno ochronną, jak i budulcową. Przykładem takiego biofilmu jest płytka nazębna.

Wiele bakterii jest także nosicielami bakteriofagów, czyli wirusów atakujących wyłącznie bakterie. Niektóre bakteriofagi mogą pozostawać uśpione i funkcjonować jako część materiału genetycznego bakterii.

W ramach eksperymentu naukowcy pozbawili składników odżywczych dwa gatunki bakterii: Shewanella oneidensis oraz Bacillus subtilis. Doprowadziło to do aktywacji części uśpionych wirusów, które zaczęły się namnażać. Ostatecznie spowodowały rozerwanie komórek bakteryjnych. Mimo tego wyspecjalizowane enzymy przetrwały rozpad komórek i nadal produkowały DNA w biofilmie.

- W pewnym sensie po śmierci bakterii życie toczy się dalej - powiedział pierwszy autor badania, adiunkt Gabriel Antonio Minero z Wydziału Biologii na Uniwersytecie w Aarhus.

Badacze chcieli sprawdzić, czy obserwowane DNA rzeczywiście zostało wytworzone na nowo, a nie stanowi jedynie pozostałości po zniszczonych komórkach. W tym celu do kultur bakterii wprowadzili niewielki, sztucznie przygotowany pierścień DNA. Enzymy uwolnione z bakterii wykorzystały go jako wzorzec i rozpoczęły jego kopiowanie. Powstałe w ten sposób DNA miało charakterystyczną strukturę, którą można było łatwo wykryć przy użyciu barwników fluorescencyjnych.

>>> CZYTAJ TEŻ: "Kolejne zlodowacenie miało się rozpocząć, a jednak proces ten został zatrzymany"

"Najważniejsze jest to, że możemy przejąć kontrolę nad tym procesem"

Obserwacje pod mikroskopem pokazały, że DNA łączyło się z innymi substancjami. W przypadku jednego gatunku bakterii powstawały struktury przypominające kwiaty, natomiast u drugiego przybierały one postać długich nici. Kiedy naukowcy wykorzystali szczep bakterii pozbawiony odpowiednich wirusów, żadna z tych charakterystycznych form DNA nie powstała.

Gabriel Antonio Minero określa bakteriofagi mianem nanoarchitektów. Wirusy te wprawdzie zabijają część bakterii, ale jednocześnie dostarczają elementów maszynerii molekularnej pozwalającej na dalszą rozbudowę biofilmu.

Naukowcy znaleźli również sposób na modyfikowanie tego mechanizmu. Pozwoliło im to określać, jaki rodzaj DNA będzie wytwarzany przez enzymy. - Najważniejsze dla mnie jest to, że możemy przejąć kontrolę nad tym procesem - podkreślił Gabriel Antonio Minero.

Badaczom udało się między innymi skłonić "fabryki zombie" do wytwarzania tak zwanych G-kwadrupleksów. To struktury DNA, które zwijają się w określone kształty. Dzięki temu mogą wiązać inne cząsteczki oraz działać podobnie do enzymów, przyspieszając wybrane reakcje chemiczne. Naukowcy wykazali, że takie DNA może pełnić funkcję katalizatora, a także zmieniać właściwości elektryczne biofilmu.

>>> CZYTAJ TEŻ: "Kolejny rok, kolejny rekord". Niepokojący raport WMO

Badania mogą przydać się w biotechnologii środowiskowej

Wciąż nie wiadomo, dlaczego część bakterii posiada w swoim materiale genetycznym uśpione wirusy. Jedna z możliwości zakłada, że taka zależność wykształciła się w toku ewolucji, ponieważ w określonych warunkach może przynosić bakteriom korzyści.

Odkrycie wskazuje na kilka interesujących możliwości wykorzystania tego mechanizmu. DNA nie jest bowiem wyłącznie "planem budowy" życia. Ma również właściwości chemiczne, które mogą pozwolić na zastosowanie go w innych celach.

>>> CZYTAJ TEŻ: Zbadali "ptasie móżdżki". Pod tym względem były sprawniejsze niż ludzkie

Jednym z potencjalnych obszarów jest biotechnologia środowiskowa, w której naukowcy próbują wykorzystywać bakterie między innymi do oczyszczania ścieków oraz produkcji bioenergii. Zdaniem Minero w przyszłości możliwe może stać się takie programowanie bakterii, aby produkowały konkretne cząsteczki DNA pomagające rozkładać zanieczyszczenia. Nie odbywałoby się to w fabrykach, lecz bezpośrednio w miejscach, w których takie cząsteczki byłyby potrzebne.

Badacze wykazali już, że są w stanie sterować rodzajem powstającego DNA oraz nadawać mu określone właściwości chemiczne. Nie potwierdzono jednak dotąd, czy rozwiązanie to rzeczywiście będzie skuteczne przy oczyszczaniu zanieczyszczonej wody albo pozwoli usprawnić produkcję bioenergii.