Biofilmovi, složene zajednice bakterija, obiluju oko nas: na površini sira gde odaju ukuse i arome, u potocima gde formiraju sluzavu materiju na stenama, na našim zubima gde stvaraju plak.
Život u biofilmu pruža brojne prednosti bakterijama: stvari kao što su deljenje resursa, sklonište od predatora i povećana otpornost na toksična jedinjenja kao što su antibiotici.
Ali mogućnost da se napusti biofilm kada se uslovi životne sredine pogoršaju može biti plus i za bakterije, omogućavajući im da se presele u gostoljubivije okruženje.
„Za bakteriju Caulobacter crescentus, biofilm postaje neka vrsta zatvora u večnosti: kada se ćelije zakače za površinu pomoću jakog lepka na jednom kraju ćelije, one ne mogu da napuste biofilm“, rekao je Iv Brun, profesor u Odeljenje za mikrobiologiju, infektivne bolesti i imunologiju na Univerzitetu u Montrealu.
„Međutim, kada se ove vezane ćelije podele, njihove nevezane ‘ćerke’ ćelije imaju izbor da se pridruže biofilmu ili da otplivaju.“
Ćelije oslobađaju svoju DNK
Kako ćelije odlučuju da ostanu ili napuste biofilm? „Pokazali smo u studiji objavljenoj 2010. da kada ćelije Caulobacter umru u biofilmu, one oslobađaju svoju DNK, koja inhibira ćerke da se pridruže biofilmu, čime se promoviše preseljenje iz okruženja u kojima se stopa smrtnosti povećava“, rekao je Brun.
On i njegov istraživački tim su stoga želeli da utvrde da li se ćelijska smrt dogodila nasumično kako je kvalitet životne sredine opao ili je to bio regulisan proces koji reaguje na određeni signal.
„Pokazali smo da Caulobacter koristi programirani mehanizam ćelijske smrti koji uzrokuje da se neke ćelije žrtvuju kada se uslovi unutar biofilma pogoršaju“, rekla je članica tima Sesil Bern, vodeći autor studije.
„Poznat kao sistem toksin-antitoksin, ovaj mehanizam koristi toksin koji cilja vitalnu funkciju i povezan sa njim antidot, antitoksin,“ rekla je ona. „Toksin je stabilniji od antitoksina i kada se pokrene programirana ćelijska smrt, količina antitoksina je smanjena, što dovodi do smrti ćelije.“
Kada kiseonik postane redak
„Koristeći kombinaciju genetike i mikroskopije, pokazali smo da se sistem toksin-antitoksin aktivira kada kiseonik postane redak, biofilm postaje veći i ćelije se takmiče za dostupni kiseonik“, dodao je Bern.
Rezultirajuća smrt podskupa ćelija oslobađa DNK, što promoviše disperziju njihove žive braće i sestara u potencijalno gostoljubivije sredine, čime se sprečava prenatrpanost koja bi dodatno smanjila kvalitet životne sredine u biofilmu.
Biofilmovi imaju i pozitivne i negativne uticaje na naš svakodnevni život. Bakterije koje žive u biofilmima se obično koriste u proizvodnji hrane, tretmanu otpadnih voda i sanaciji zagađenja.
„Nedostatak je što je način života biofilma takođe strategija koju koriste patogene bakterije da postanu otpornije na antibiotike“, rekao je Brun.
„Razumevanje mehanizama koji pokreću ravnotežu između ćelija koje se pridružuju biofilmu i ćelija koje plivaju pomoći će nam da razvijemo rešenja za izazov otpornosti na antibiotike, da promovišemo stvaranje biofilma kada ih želimo, i da ih iskorenimo kada to ne želimo.“
„Disperzija ćelija stimulisana eDNK iz biofilma Caulobacter crescentus nakon ograničenja kiseonika zavisi od sistema toksin-antitoksin“ autora Sesil Bern, Sebastijena Zape i Iva Bruna objavljeno je u eLife-u 7. decembra 2022.
