Czy bakteryjne spory śnią o elektrycznych owcach
Czasami odwlekanie przynosi korzyści. Gdy środowisko staje się zbyt nieprzyjazne, wiele bakterii upycha część wyposażenia swojej komórki w ultrawytrzymałych kapsułkach zwanych sporami lub przetrwalnikami, które zamykają się i czekają – czasem całe wieki – aż sytuacja się poprawi. Jak te pozornie martwe drobiny wyczuwają optymalne warunki do odrodzenia? Wyniki nowych badań opublikowane w „Science” ukazują, w jaki sposób bakteryjne spory decydują o tym, kiedy się obudzić – poprzez nastawienie elektrycznego budzika.
Brak pożywienia, promieniowanie, ekstremalnie wysokie bądź niskie temperatury, a nawet próżnia kosmiczna – żaden z tych czynników nie stanowi poważniejszego zagrożenia dla form przetrwalnikowych. Jednakże poza tym wydają się „bezużyteczne”, mówi autor pracy Gürol Süel, biofizyk z University of California w San Diego. „Gdyby zawieźć je do szpitala – dodaje – zostałyby uznane za martwe”.
Spory są jednak niezniszczalne tylko wtedy, gdy pozostają w stanie uśpienia. Muszą więc unikać przebudzenia się (germinacji, wykiełkowania), gdy warunki są nadal niekorzystne, mówi biochemik Peter Setlow z University of Connecticut, który nie brał udziału w tych badaniach: „Gdyby pochopnie zdecydowały się na powrót do życia, zginęłyby”.
Praca ta opisuje konkretny sposób, w jaki spory podejmują tę decyzję. Aby utworzyć formę przetrwalnikową, bakteria tworzy kopię swojego DNA, umieszcza ją w małej kapsułce, otula całość ochronnym płaszczem, a następnie pęka, uwalniając sporę (sama przy tym ginie). Spora po powstaniu kumuluje dodatnio naładowane jony potasu, tworząc „biologiczny kondensator”, który przechowuje energię elektryczną, mówi Süel. Kiedy zarodnik napotyka na substancje odżywcze, część zasobów potasu wydostaje się na zewnątrz, rozpraszając swój ładunek. Gdy dojdzie do tego wystarczająco wiele razy, nagromadzona energia spada poniżej określonego progu i dochodzi do wykiełkowania przetrwalnika – z rozsądnymi szansami na uniknięcie śmierci głodowej.
„Jest to znaczący postęp w tej dziedzinie – mówi Setlow. – Wprowadza zupełnie nowy sposób myślenia o kiełkowaniu spor”. Wiedza o tym, jak spory „sprawdzają” poziom składników odżywczych w swoim otoczeniu, może poprawić bezpieczeństwo żywności, ponieważ bakterie tworzące formy przetrwalnikowe są w stanie przejść rygorystyczne procedury sterylizacji i odrodzić się, wywołując zatrucie pokarmowe. Uśpienie pomaga również niektórym chorobotwórczym bakteriom uniknąć działania leków antybakteryjnych; wczesne ich wybudzenie mogłoby zwiększyć efektywność terapii, zatem „istnieje duże zainteresowanie tym, jak sprawić, by spory przedwcześnie wykiełkowały”, dodaje Setlow.
Wyniki badań sugerują, że jonowe odliczanie może być fundamentalną cechą życia na Ziemi, mówi Süel. Neurony również liczą za pomocą elektryczności, aby wiedzieć, kiedy się aktywować; badacze stwierdzili, że wzory opisujące neurony elegancko przewidują zarazem zachowanie się spor. Liście pułapkowe muchołówki amerykańskiej zatrzaskują się na zasadzie elektrycznego odliczania, a wszystkie komórki wykorzystują przepływy jonów w procesach metabolicznych.
„Te potencjały elektryczne nie są niedawnym wynalazkiem. Liczą sobie miliardy lat – mówi Süel. – Jakie inne aspekty biologii będziemy potrafili lepiej zrozumieć, mając na uwadze, że nie chodzi tylko o ekspresję genów, białka i DNA – lecz właśnie o jony?”.