Kvorum sensing — tajni hemijski jezik bakterija i kako ćemo ga iskoristiti

Šta ako vam kažem da bakterije razgovaraju? Dugo se mislilo da su to usamljeni, primitivni stvorovi koji se samo dele i ni za šta ne mare. Danas znamo da je istina sasvim drugačija. Bakterije neprekidno „pričaju" jedna sa drugom, broje koliko ih je u okolini i usklađuju ponašanje kao da su jedno telo. Taj njihov jezik zove se kvorum sensing.

Reč „kvorum" stiže iz skupštinske prakse i znači najmanji broj prisutnih da bi odluka bila punovažna. Kod bakterija je princip isti: jedna bakterija ne može mnogo, ali kad ih se okupi dovoljno, zajedno mogu da zasvetle, napadnu domaćina ili sagrade složenu tvorevinu. Pitanje je samo kako znaju da ih ima dovoljno.

Kako bakterije broje same sebe

Tako što neprekidno ispuštaju u okolinu sitne signalne molekule. Dok ih je malo, tih molekula je malo. Kako se umnožavaju, raste i koncentracija signala, i čim ona pređe određeni prag, molekuli se vežu za receptore i u celoj populaciji odjednom pokrenu istu promenu. To je glasanje bez reči.

Različite grupe imaju različite „jezike": jedne koriste jednu klasu molekula, druge kratke peptide, a postoji i univerzalni signal kojim razgovaraju i različite vrste međusobno (Waters & Bassler, 2005). Bakterije, ispostavlja se, ne broje samo svoje, nego procenjuju i ko im je sve u komšiluku.

Pojavu su prvi opisali Nealson, Platt i Hastings (1970) proučavajući svetleću morsku bakteriju. Primetili su da ona svetli tek kad je gusto naseljena, na primer u svetlosnom organu lignje, a ne dok razređena pluta morem. I logično: bilo bi traćenje energije da svaka svetli sama. Tek kad ih ima dovoljno da svetlo bude od koristi, sve zasvetle odjednom.

Od bezopasnih do opasnih, jednim signalom

Kvorum sensing upravlja nekim od najvažnijih bakterijskih ponašanja. Najvažnije je stvaranje biofilma, guste zajednice obavijene zaštitnim slojem sluzi koja se lepi za sve, od zubnog plaka i cevi do implantata i rečnog kamenja. U biofilmu su bakterije od antibiotika i imunskog sistema zaštićene daleko bolje nego pojedinačno.

Mnoge bolestotvorne bakterije koriste isti sistem da tempiraju napad. Umesto da odmah po ulasku u telo počnu da luče otrove i tako se rano otkriju, sačekaju da ih bude dovoljno, pa tek onda sve u isti čas pokrenu proizvodnju štetnih materija. Sačekaju kvorum, pa udare.

Bonnie Bassler, jedna od najvažnijih istraživačica u ovoj oblasti, pokazala je da je kvorum sensing mnogo rasprostranjeniji i složeniji nego što se mislilo i da je temelj društvenog života bakterija (Bassler, 2002). One nisu samci. Žive u zajednicama sa pravilima i podelom uloga.

Ućutkati bakterije: nada protiv otpornosti na antibiotike

Ovo otkriće otvorilo je sasvim nov pravac u borbi protiv infekcija. Umesto da ubijamo bakterije, čime ih teramo da razviju otpornost, možemo da pokušamo da ih ućutkamo. Strategija se zove gašenje kvoruma: ako prekinemo razgovor, bakterije ostaju žive, ali ne mogu da se dogovore za napad ni da sagrade biofilm, pa postaju bezopasne ili lak plen imunskom sistemu.

Dong i saradnici (2001) pronašli su enzime koji razgrađuju signalne molekule i tako prekidaju komunikaciju. Pošto ih ne ubija, ovaj pristup teoretski stvara mnogo slabiji pritisak ka otpornosti, što je dragoceno u doba kada je otpornost na antibiotike jedna od najvećih pretnji zdravlju.

A značaj prevazilazi medicinu. U postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda biofilmovi kojima upravlja kvorum sensing nose biološki tretman; u industriji, neželjeni biofilmovi zapušavaju cevi i membrane i prave ogromne troškove. Razumeti kako nevidljiva bića broje sama sebe, ispostavlja se, važno je i za medicinu, i za ekologiju, i za tehnologiju.