Walka o dominację w jelitach: mikrobiologiczne pole bitwy
Nasze jelita to obszar, w którym mikroorganizmy toczą ze sobą nieustanną walkę o przetrwanie. Zamiast spokojnej koegzystencji, różnorodne gatunki bakterii nieustannie rywalizują o zasoby. W tej skomplikowanej ekosystemowej wojnie, bakterie używają zaskakująco zaawansowanych broni, aby zdobyć przewagę nad swoimi rywalami. Jak się okazuje, niektóre z nich są wyposażone w biologiczne „miotacze strzał”, które strzelają truciznami, eliminując konkurencję.
Ekosystem pełen agresji
„Jelito ludzkie to jedno z najbardziej gęsto zasiedlonych ekosystemów mikrobiologicznych na Ziemi” — tłumaczy Laurie Comstock z Uniwersytetu w Chicago. W tym mikroświecie występuje wiele gatunków bakterii, a w obrębie każdego gatunku – różne szczepy, które rywalizują o te same zasoby. Aby zyskać przewagę, bakterie często uwalniają toksyny, próbując zatruć swoich rywali. Jednak niektóre gatunki idą o krok dalej, uzbrajając się w zaawansowane urządzenia do walki: strzelające truciznami nanosyringe, które wstrzykują toksyny bezpośrednio do innych bakterii lub pobliskich komórek.
Comstock podkreśla, że te „strzały” muszą być precyzyjnie wymierzone z bliskiej odległości, co sprawia, że te mikrobiologiczne potyczki przypominają walkę wręcz. Te zaawansowane „strzelby” są znane jako Typ VI Systemu Wydzielniczego (T6SS), a bakterie wyposażone w ten system mogą posługiwać się różnymi toksynami, co daje im szerokie możliwości ataku.
Przyjaciel czy wróg? Brak rozróżnienia
Jednak bakterie nie zawsze precyzyjnie celują w swoich rywali. Często zdarza się, że strzelają na oślep, trafiając zarówno w wrogów, jak i w swoich „sojuszników”. Jak bakterie radzą sobie z tą sytuacją? Każdy zestaw genów odpowiedzialny za produkcję trucizn zawiera również instrukcje, jak wytworzyć antidotum. Dzięki temu, nawet jeśli bakteria zostanie trafiona przez „strzałę” od swojego własnego szczepu, nie zostanie zatruta.
Właśnie te geny decydują o tym, po której stronie konfliktu stoi dana bakteria. Jej przynależność nie zależy od rodzaju, ale od tego, jakie „strzały” potrafi wystrzelić i jakich toksyn unika.
Bacteroides fragilis: wojownik bez przerwy
Jednym z najbardziej zaciekłych uczestników tej bakteryjnej bitwy jest gatunek Bacteroides fragilis. Ta bakteria wyróżnia się tym, że nieustannie wytwarza i wystrzeliwuje swoje toksyczne strzały, co czyni ją wyjątkowo agresywnym przeciwnikiem. B. fragilis żywi się złożonymi cukrami znajdującymi się w śluzowej wyściółce jelit, co może tłumaczyć jej niestrudzone starania o dominację nad tym środowiskiem.
Jednak inne bakterie nie są bezbronne. Niektóre z nich posiadają niezwykłe narzędzia walki w postaci „samolubnych” fragmentów DNA, które działają niemal jak niezależne organizmy.
Samolubne DNA: tajna broń
Jednym z takich fragmentów DNA jest GA1, który koduje geny odpowiedzialne za produkcję „strzał” oraz antidotum. GA1 ma zdolność przenoszenia się między bakteriami, co sprawia, że może „zdradzić” swój pierwotny szczep. Gdy GA1 przedostaje się do bakterii Bacteroides fragilis, blokuje produkcję jej naturalnych „strzał” i zamiast tego zmusza ją do produkcji broni GA1. W ten sposób bakteria, która wcześniej była członkiem jednej armii, staje się zdrajcą i zaczyna atakować swoich dawnych sojuszników.
Testy przeprowadzone przez zespół Comstock pokazują, że armie „zdrajców” często wygrywają te mikrobiologiczne bitwy, eliminując bakterie, które nie przeszły na stronę GA1. Jednak, jak zauważa Comstock, w jelitach, gdzie rywalizują ze sobą liczne gatunki i toksyny, wyniki tych starć mogą się różnić. „Istnieje wiele czynników, które wpływają na ostateczny rezultat. Nie zawsze jest oczywisty zwycięzca” – dodaje badaczka.
Nowe odkrycia: GA2 i przyszłość badań
Zespół badawczy Comstock odkrył również inny fragment samolubnego DNA, nazwany GA2, który działa podobnie do GA1, ale z innym zestawem broni i antidotów. To sugeruje, że zmiany stron w tych mikrobiologicznych konfliktach mogą być bardziej powszechne, niż dotychczas przypuszczano.
Brian Hammer z Georgia Institute of Technology wskazuje, że bakterie odpowiedzialne za chorobę cholery również nieustannie produkują i wystrzeliwują swoje „strzały”. Choć początkowo sądzono, że takie agresywne zachowanie wiąże się z dużymi kosztami dla bakterii, badania z zeszłego roku pokazały, że szczepy cholery, które nie posiadają T6SS, nie rosną znacząco szybciej od tych, które są uzbrojone. Tym samym koszty tego „nieustannego strzelania” mogą być mniejsze, niż wcześniej zakładano.
Walka o dominację w jelitach to skomplikowany proces, który wciąż kryje przed naukowcami wiele tajemnic. Zrozumienie tych mechanizmów może w przyszłości pomóc w opracowywaniu nowych terapii, które wykorzystają te mikrobiologiczne bitwy do walki z chorobami układu pokarmowego.
