Video

“Знам, че мислите себе си за човешки същества, но аз мисля за вас като за 90-99 процента бактериални. “

Kак микроскопичните едноклетъчни организми – бактериите са способни да ни предпазят от болести или да ни разболеят? Доказано те си комуникрат! Това позволява на “лошите” бактерии да изчакат момента да се съберат достатъчно количество, за да бъде атаката им успешна. Глобален е проблемът с  инфекциозните заболявания, дължащ се на действието на антибиотиците, които оставят след себе си “устойчиви мутанти”, които не се повлияват от досегашните лекарства. Защо и как бактериите управляват живота ни …

За да видите субтитрите във видето, след като го стартирате, отидете с мишката най-долу на прозореца и където е надписа “36 languages[Off]”, кликнете върху падащото меню и изберете Bulgarian. 

Бактериите са най-старите живи организми на земята. Те са тук от милиарди години, а всъщност са едноклетъчни микроскопични организми. Та, те се състоят от една клетка и това, което е особено при тях е, че ДНК-то им се състои само от една част. Имат много малко гени и генетична информация, в която да кодират всичките си характерни особености. Бактериите преживяват като консумират хранителни вещества от околната си среда, докато удвоят размера си, след което се разцепват по средата, и всяка клетка става на две и т.н., и т.н. Те растът и се делят, растът и се делят — та, донякъде скучен живот. Kато се изключи това, ние имаме изключителни взаимодействия с тези дребосъци.

Знам, че всички вие се възприемате като хора, аз донякъде също ви възприемам така. Всеки от нас има около билион човешки клетки, от които сме съставени, те определят  кои сме и ни позволяват да правим всичко, което правим, но същевременно имаме и по 10 билиона бактериални клетки вътре в нас или върху нас във всеки момент от живота си. Така че какво се оказва – имаме 10 пъти повече бактериални клетки от човешки клетки във и въурху всеки един от нас.
И разбира се, най-важното е ДНК-то, ето това са всичките А, Т, Г и Ц-та, които съставят генетичния ни код и определят всичките ни очарователни черти. Имаме около 30 000 гена. Е, оказва се, че имаме 100 пъти повече бактериални гени, които имат роля вътре в нас или върху нас през целия ни живот. В най-добрия случай сте 10 процента човек, но по-скоро сте около 1 процент човек, в зависимост от мярката, която си изберате. Знам, че мислите себе си за човешки същества, но аз мисля за вас като за 90 или 99 процента бактериални.
Тези бактерии не са безучастни пътници, те са невероятно важни, те ни поддържат живи. Те покриват телата ни с невидим щит, който ни предпазва от атаките на околната среда, за да останем здрави. Те смилат храната ни, те произвеждат витамините ни, те всъщност обучават нашата имунна система как да държи лошите микроби навън. Така че те правят всички тези удивителни неща, които ни помагат и са жизненоважни за нас. Е, на Земята има какви ли не бактерии, които нямат никаква работа във вас или върху вас в който и да е момент, а когато това се случи, ви правят много, много болни.
Но въпросът е — как изобщо правят каквото и да било? В смисъл, те са невероятно малки, трябва ви микроскоп, за да ги видите. Живеят донякъде отегчителен живот, изпълнен с растеж и делене и винаги сме ги смятали за асоциални, самотни организми. Струваше ни се, че просто са прекално малки, за да имат ефект върху околната си среда, ако действат поединично. И така искахме да помислим дали не е възможно бактериите да живеят по някакъв друг начин.
Първата улика дойде от една морска бактерия, която се нарича Vibrio fischeri. Тази бактерия има специалната дарба да произвежда светлина, тя прави биолуминисценция, също като светулките.
Това, което ни заинтригува не е, че бактериите правят светлина, а кога бактериите правят светлина. Това, което забелязахме бе, че когато бактериите са сами, т.е., когато културата е много разредена, те не светят. Но когато броят им нарасне, всички бактерии светват едновременно. Въпросът, който ни човъркаше е как могат бактериите, тези примитивни организми, да разберат кога са сами и кога са заобиколени от себеподобни и после да направят нещо заедно. Изводът, до който стигнахме е, че те си говорят помежду си като използват химически език.
Това се предполага, че е една бактерия. Когато е сама, тя не прави никаква светлина. Но произвежда и отделя малки молекули, за които можете да мислите като за хормони, това са тези червени триъгълници. Когато бактерията е сама, тези молекули просто отплават в далечината и тя не светва. Но когато бактериите растът и се множат и всички те участват в произвеждането на тези молекули, молекулите — извънклетъчното количество от тези молекули, се повишава пропоционално на броя на клетките. И когато молекулите достигнат определено количество, това казва на бактериите колко съседа имат, те разпознават молекулата и всички бактерии включват светлината синхронно. Така работи биолуминисценцията — те си говорят с тези химически думи.
Причината, поради която Vibrio fischeri прави тези неща са биологични. Това е интересно защото в последното десетилетие открихме, че това не е просто някаква аномалия при тази щура светеща бактерия, която живее в океана — всички бактерии имат такива системи. Това, което научихме е, че всички бактерии разговарят помежду си. Те произвеждат химически думи, разбират ги и така активират групови поведения, които са успешни само, ако всички клетки участват в унисон. Измислихме и засукано име за това, наричаме го усет за кворум. Те гласуват с техните химически бюлетини, бюлетините се преброяват и после всички реагират на резултатите.
Това, което е важно за днешната лекция е, че ние знаем за стотици такива поведения, които бактериите практикуват колективно. Но вероятно най-важното за вас е вирулентността. Не е като няколко бактерии да могат да проникнат във вас и просто да започнат да отделят токсини — вие сте грамадни, това не би имало никакъв ефект върху вас. Вие сте огромни. Това което те правят, както сега разбираме, е — влизат, чакат, растат, преброяват се с помощта на тези малки молекули и разбират кога са достигнали критичния брой клетки, който ще им позволи, при синхронна атака, да успеят да победят един огромен приемник. Бактериите винаги контролират болестотворните си атаки чрез усета за кворума. Така работят.
После започнахме да вглеждаме какви са тези молекули — малките червени триъгълничета, които видяхте. Това е молекулата, която се използва от Vibrio fischeri. Това е думата, с която те си говорят. После започнахме да проверяваме и другите бактерии и това са просто няколко примера от многото, които открихме. Това което се надявам, че забелязвате, че всички тези молекули са близки. Лявата им част е една и съща при всички видове бактерии. Дясната обаче е леко различна при всеки вид.  Всяка бактерия използва специална молекула за свой език, която й позволява да преброи посестримите си.
Когато стигнахме дотук, мислехме че започваме да разбираме, че бактериите имат социално поведение. Но това, което наистина ни накара да се замислим бе, че през повечето време бактериите не живеят сами, те обитават невероятен миш-маш, в който има стотици или хиляди други видове бактерии. И така стигнахме до мисълта, че, ако целта е да си говорят и да броят съседите си, не е достатъчно да можеш да говориш само в рамките на вида си. Трябва да има начин да преброиш и останалите бактерии.
И така се върнахме към молекулярната биология и започнахме да изучаваме различни бактерии и това, което открихме е, че всъщност бактериите говорят повече от един език. Всички имат специална система за вида си — молекула, която казва “аз”. Но в същото време имат и втора система, която открихме, която е обща за всички. Имат втори ензим, който произвежда втори сигнал, който си има собствен рецептор и тази молекула е търговският език на бактериите. Използва се от всички видове бактерии и е езикът на междувидовите съобщения. Така че бактериите могат да преброят колко има като мен и колко има от останалите. Те възприемат тази информация и така решават какви действия да предприемат, според това кой е в малцинство и кой в мнозинство в което и да е население.
После отново се обърнахме към химията и разбрахме коя е общата молекула. Това е една много малка петвъглеродна молекула. Важното нещо, което научихме е, че всяка бактерия има абсолютно същия ензим и произвежда абсолютно същата молекула. Така че всички произвеждат точно тази молекула за междувидови съобщения. Това е Есперантото на бактериите.

Бактериите точно сега са невероятно устойчиви към много препарати и това е, защото всички антибиотици, които използваме убиват бактерии. Те или пукат бактериалната мембрана, правят така, че бактерията да не може да копира ДНК-то си. С традиционните антибиотици убиваме бактериите и това избира резистентните мутанти. И така сега разбира се имаме този глобален проблем с инфекциозните болести. Замислихме се, ами ако можем да направим някакси поведенчески корекции, просто да направим тези бактерии така че да не могат да говорят, и да броят и да не могат да знаят да започнат атака.

Надявам се, че вече разбирате, че бактериите си говорят, че използват химикали вместо думи, и че имат невероятно сложен химически речник, за който тепърва започваме да учим. Разбира се, това всъщност позволява на бактериите да бъдат многоклетъчни. Това означава, че бактериите имат групово поведение, и така могат да постигнат цели, които биха били непостижими, ако действаха поединично.
Надявам се, че мога също така да ви убедя, че това е изобретяването на многоклетъчността. Бактериите са на Земята от милиарди години. Хората — от няколко стотин хиляди. Ние мислим, че бактериите са написали правилата за работата на многоклетъчните организации. Мислим, че като изучаваме бактериите, ще научим много нови неща за многоклетъчността на човешкото тяло. Знаем, че принципите и правилата, ако можем да ги разберем, в тези донякъде примитивни организми, надеждата е, че те ще се приложат и към други човешки болести и поведения. Надявам се още, че сте научили, че бактериите могат да различават себе си от останалите. Чрез тези две молекули те могат да казват “аз” и “ти”.
Точно това се случва в телата ни. Не е като клетките на сърцето и клетките на бъбреците да се омешват всеки ден, и това е благодарение на всичката химия, която се случва, тези молекули, които казват коя е всяка от тези групи клетки и какви трябва да са нейните задачи.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s