U kontraintuitivnom potezu, poznato je da bakterije proizvode samodestruktivne toksine. Međutim, oni takođe prave antitoksine, a istraživači u Nacionalnoj laboratoriji Lorens Livermor (LLNL) identifikovali su ove sisteme toksin-antitoksin kao mogući pristupni ključ za hakovanje u bakterijske zajednice.
Studija, nedavno objavljena u Molecular Biologi and Evolution, ispituje bakterije na nivou zajednice. Zajednica bakterija će komunicirati i razmenjivati DNK, što podstiče postojanje sličnih sistema toksin-antitoksin. Svaki novi ili neobičan napadač, kao što je infekcija salmonelom od kontaminirane hrane, verovatno će sadržati različite sisteme.
„Možda ćete dobiti antibiotik od lekara koji uništava sve, uključujući i dobre stvari u vašem crevu. To može dovesti do oportunističkih infekcija kao što je C. diff“, rekao je Džonatan Bethke, postdoktorski naučnik u LLNL-ovom odeljenju za bionauke i biotehnologiju. „Ako bismo mogli selektivno ciljati strance, mogli bismo sačuvati postojeću zajednicu.
Sistemi toksin-antitoksin otkriveni su 1980-ih u vezi sa plazmidima, ili genetskim materijalom koji se kreće između bakterija. Bakterije razmenjuju ovu DNK na sve načine. Pili, dodaci nalik dlakama koji vire sa površine, stvaraju mostove između ćelija. Besplatna DNK lebdi okolo, samo čeka da bude pokupljena. Čak i virusi prenose DNK između bakterija.
Dok toksini važni za plazmide ubijaju bakterije, njihovi domaćini mogu imati koristi od njihovog zadržavanja. Na primer, geni otpornosti koji spasavaju bakterije od tretmana antibiotikom često se nalaze na plazmidima. Sistemi toksin-antitoksin takođe mogu delovati kao urođeni imuni sistem, inhibirajući pojedinačne bakterije zaražene virusima kako bi spasili populaciju u celini.
Koristeći računarski pristup, tim u LLNL-u je istražio 10.000 plazmida i grupisao ih u zajednice na osnovu njihovih sistema toksin-antitoksin. Iznenađujuće, ova strategija je ponovo stvorila zajednice sastavljene iz poređenja celih genoma sa intenzivnijim resursima i predložila ciljaniji metod za upravljanje infekcijama.
„Recimo da sam vas zamolio da selektivno ubijete određenu vrstu bakterija u mešovitoj zajednici. Ako upoređujete sve gene u celoj zajednici, ne znate na šta da se fokusirate“, rekla je Bethke. „U ovom slučaju, pokazujemo da sistemi toksin-antitoksin mogu da vam pomognu da se suzite.“
Bakterije se ne razvijaju na isti način kao ljudi. Kada se podele i stvore klon, nema genetske diverzifikacije. Umesto toga, velike promene kritične za evoluciju dešavaju se preko mobilnih genetskih elemenata kao što su plazmidi.
„To je evolucija zasnovana na zajednici“, rekla je Bethke. „Zbog toga, nastavljajući da posmatramo bakterije ne kroz sočiva tradicionalnih vrsta, već kroz sočivo zajednice, možda ćemo moći da ih razumemo mnogo bolje.“
