Bakterie zombie pracują nawet po śmierci
Naukowcy odkryli, że niektóre martwe bakterie (tzw. bakterie zombie) mogą kontynuować produkcję DNA. O ich ustaleniach informuje pismo „Angewandte Chemie”.
Odkrycie otwiera pewne intrygujące możliwości
.Naukowcy z Uniwersytetu w Aarhus (Dania) odkryli, że bakterie mogą kontynuować produkcję DNA po rozpadzie ich komórek. Znaleźli też sposób na kontrolowanie tego, co jest produkowane. Odkrycie może przyczynić się do rozwoju nowych materiałów biologicznych.
Produkcją zajmuje się nadal sprawna „maszyneria molekularna” komórki bakteryjnej. Kluczową rolę w tym zjawisku odgrywają wirusy, które zarówno zabijają bakterie, jak i dostarczają im części wyposażenia.
Bakterie często żyją w społecznościach zwanych biofilmami. Są otoczone ochronną warstwą lepkiej substancji, zawierającą między innymi DNA. Substancja ta służy zarówno jako materiał budulcowy, jak i ochronny – na przykład w płytce nazębnej.
Wiele bakterii jest również nosicielami bakteriofagów – wirusów infekujących wyłącznie bakterie. Niektóre z tych bakteriofagów mogą pozostawać w stanie uśpienia, stanowiąc część materiału genetycznego bakterii.
Naukowcy pozbawili dwa gatunki bakterii, Shewanella oneidensis i Bacillus subtilis, składników odżywczych. W rezultacie niektóre uśpione wirusy przebudziły się i zaczęły namnażać. W końcu rozerwały komórki bakterii. Jednak wyspecjalizowane enzymy przetrwały rozpad komórek i kontynuowały produkcję DNA w biofilmie.
„W pewnym sensie po śmierci bakterii życie toczy się dalej” – powiedział pierwszy autor badania, adiunkt Gabriel Antonio Minero z Wydziału Biologii Uniwersytetu w Aarhus.
By się upewnić, czy chodzi rzeczywiście o nowo wytworzone DNA, a nie jedynie pozostałości po rozerwanych komórkach, naukowcy dodali do kultur bakteryjnych mały, sztucznie stworzony pierścień DNA. Uwolnione z bakterii enzymy potraktowały ten pierścień jako wzorzec i zaczęły go kopiować. Tak powstałe DNA miało charakterystyczną strukturę, łatwą do wykrycia za pomocą barwników fluorescencyjnych.
Pod mikroskopem DNA łączyło się z innymi substancjami, tworząc kształty przypominające kwiaty u jednego gatunku bakterii i długie nici u drugiego. Gdy naukowcy użyli szczepu bakterii pozbawionego odpowiednich wirusów, nie udało się wytworzyć żadnego z tych konkretnych DNA.
Gabriel Antonio Minero nazywa bakteriofagi nanoarchitektami. Chociaż zabijają część bakterii, dostarczają również część maszynerii molekularnej, która umożliwia dalszą budowę biofilmu.
Naukowcy opracowali również sposób na zmianę tego schematu. W ten sposób określili, jaki rodzaj DNA był produkowany przez enzymy.
„Najważniejsze dla mnie jest to, że możemy przejąć kontrolę nad tym procesem” – podkreślił Gabriel Antonio Minero.
Badacze zmusili „fabryki zombie” między innymi do produkcji tzw. G-kwadrupleksów. Są to struktury DNA, które zwijają się w określone kształty, co pozwala im wiązać inne cząsteczki i działać jak enzymy, przyspieszając niektóre reakcje chemiczne. Naukowcy wykazali, że to szczególne DNA może działać jak katalizator i zmieniać właściwości elektryczne biofilmu.
Na razie nie wiadomo, dlaczego niektóre bakterie mają w swoim materiale genetycznym uśpione wirusy. Być może ta interakcja wyewoluowała, ponieważ w pewnych warunkach przynosi bakteriom korzyści.
Odkrycie otwiera pewne intrygujące możliwości. DNA to nie tylko „plan budowy” życia – posiada również właściwości chemiczne, dzięki którym może znaleźć zastosowanie w innych celach.
Na przykład biotechnologia środowiskowa to dziedzina, w której naukowcy próbują wykorzystywać bakterie do oczyszczania ścieków czy produkcji bioenergii. Zdaniem Gabriela Antonio Minero w przyszłości może być możliwe zaprogramowanie bakterii tak, aby wytwarzały określone cząsteczki DNA, które pomogłyby w rozkładzie zanieczyszczeń – nie w fabrykach, ale tam, gdzie byłyby potrzebne.
Badaczom udało się wykazać, że potrafią kontrolować, jakie DNA jest wytwarzane i nadawać mu konkretne właściwości chemiczne. Nie udowodniono jeszcze jednak, czy technologia ta rzeczywiście sprawdzi się w oczyszczaniu zanieczyszczonej wody lub usprawnianiu produkcji bioenergii.
PAP/MB
