Πανέξυπνα βακτήρια, παραδίδουν μαθήματα επικοινωνίας

Μέσα σε δευτερόλεπτα, μπορούν να ανταλλάξουν πληροφορίες που ισοδυναμούν με βιβλίο τσέπης 50 σελίδων! Εξ ου και η κυβερνητική διάσταση της μικροβιακής ζωής που έχει πολλά να μας διδάξει...

Όταν η σαλμονέλα εισέρχεται στα κύτταρα του εντερικού επιθηλίου, η επικοινωνία μεταξύ των επί μέρους βακτηρίων βρίσκεται στο μέγιστο, όπως αποδεικνύεται από τα μαστίγιά τους, ορατά με ροζ χρώμα, που συμπλέκονται έντονα

Η όρασή μας δεν αρκεί για να τους δούμε, αλλά αυτοί «ζουν και βασιλεύουν». Πρόκειται για τους μικροοργανισμούς των οποίων τις ιδιότητες υποτιμούμε βυθισμένοι καθώς είμαστε στην ευδαιμονία του ανθρωποκεντρισμού μας. Ευτυχώς όμως, κάποιοι φωτισμένοι ερευνητές έρχονται να μας αφυπνίσουν και να αναδείξουν την ευφυΐα των μικροοργανισμών. Μεταξύ αυτών ο καθηγητής του Πανεπιστημίου της Γενεύης κ. Jean-Claude Pechére, ο οποίος έχει αναπτύξει τη δική του θεωρία για τη ζωή στις μικρές διαστάσεις. 

Εν αναμονή της έκδοσης σχετικού βιβλίου του, το οποίο πρόκειται σύντομα να κυκλοφορήσει στην αγγλική και στη γαλλική γλώσσα, ο καθηγητής Pechére μας μίλησε για την «Κυβερνητική διάσταση της μικροβιακής ζωής» (αυτός άλλωστε ήταν και ο τίτλος της ομιλίας του σε συνέδριο που έλαβε πρόσφατα χώρα στα Ιωάννινα). Δανειζόμενος τον όρο «κυβερνητική» (cybernetic) από τη σύγχρονη υπολογιστική τεχνολογία, ο ελβετός καθηγητής κατέδειξε πως σε ό,τι αφορά τη ροή πληροφοριών, οι μικροοργανισμοί «μας βάζουν τα γυαλιά». 

Ελάτε να σας ξεναγήσουμε στα τερτίπια των μικροσκοπικών «συντρόφων» μας και θα δείτε πως μπορούμε μέσα από αυτούς ακόμη και να φιλοσοφήσουμε... 

Πιθανότατα ο μέσος άνθρωπος δεν απασχολείται με την ύπαρξη μικροοργανισμών παρά μόνο όταν ενοχληθεί από αυτούς, όταν παραδείγματος χάριν αρρωστήσει ή όταν το ξεχασμένο εκτός ψυγείου φαγητό του χαλάσει σύντομα. Και ενώ μάλλον γνωρίζει ότι το κρασί του ή το ψωμί του ή το τυρί του (για να κατονομάσουμε μερικά μόνο τρόφιμα) παρασκευάζονται χάρη στη δράση μικροοργανισμών, η συμβολή των αόρατων υπάρξεων στη διατροφή του δεν είναι και το πρώτο πράγμα που του έρχεται στον νου όταν καταναλώνει τα εν λόγω τρόφιμα. Ακόμη όμως και εκείνοι που συνειδητοποιούν το πόσο σημαντικοί είναι οι μικροοργανισμοί στη ζωή μας δεν κατανοούν το μέγεθος των ικανοτήτων τους. 

Στην κατανόηση του μικροβιακού κόσμου έχει εστιάσει το ενδιαφέρον του ο καθηγητής Jean-Claude Pechère, ο οποίος παρατηρώντας πια εικόνες βακτηρίων και ιών (προφανώς έχουν ληφθεί με τη βοήθεια μικροσκοπίου) βλέπει πολύ περισσότερα απ' ό,τι θα έβλεπε το δικό μας απαίδευτο μάτι. Αυτή ακριβώς ήταν η παράκληση του «Βήματος» προς τον ελβετό καθηγητή: να μας βοηθήσει να δούμε τους μικροοργανισμούς με τα δικά του μάτια. 

«Εύκολο! Πάρτε για παράδειγμα αυτή την εικόνα», λέει ο καθηγητής Pechère δείχνοντας μια εντυπωσιακή φωτογραφία βακτηρίων τα οποία εισέρχονται σε ένα ανθρώπινο κύτταρο. Παρατηρούμε ότι ένα εξ αυτών έχει ήδη εισχωρήσει, ένα δεύτερο είναι καθ' οδόν και δύο άλλα ετοιμάζονται να εισέλθουν. 

«Η ομορφιά αυτής της εικόνας ηλεκτρονικού μικροσκοπίου δεν εντοπίζεται στα χρώματα (τα οποία προστέθηκαν αυθαιρέτως), αλλά στην επικοινωνία των βακτηρίων! Πώς αντιλαμβανόμαστε ότι επικοινωνούν; Βλέπετε αυτές τις κλωστές εδώ. Ονομάζονται "μαστίγια" και μέσω αυτών τα βακτήρια συνομιλούν. Να είστε δε βέβαιοι ότι δεν συνομιλούν μόνο μεταξύ τους αλλά και με το κύτταρο το οποίο προσπαθούν να εποικήσουν», συνεχίζει ο κ. Pechère.

Με τη γλώσσα του DNA 

Τι λένε λοιπόν τα βακτήρια και σε ποια γλώσσα; «Τα βακτήρια μιλούν τη γλώσσα του DNA και μάλιστα πολύ αποτελεσματικά. Αν θεωρήσουμε ότι τα τρία συστατικά της ζωής είναι η ύλη, η ενέργεια και η πληροφορία, τότε τα βακτήρια είναι αναμφιβόλως πολύ αποτελεσματικότερα από μας στην ανταλλαγή πληροφοριών, στην επικοινωνία δηλαδή», λέει ο κ. Pachère και συνεχίζει: «Πάρτε για παράδειγμα τη σαλμονέλα, το βακτήριο που ευθύνεται για τις τροφικές δηλητηριάσεις. Στο γονιδίωμά της όλα τα γονίδια τα οποία σχετίζονται με την παθογένεια, όλα δηλαδή τα γονίδια τα οποία είναι απαραίτητα για να μπορέσει το βακτήριο να προσβάλει τον ανθρώπινο οργανισμό και να προκαλέσει νόσο,βρίσκονται το ένα δίπλα στο άλλο σχηματίζοντας μια ενότητα. 

Κατά τη διάρκεια της σύζευξης (σ.σ.: διαδικασία κατά την οποία τα βακτήρια ανταλλάσσουν γενετικό υλικό),όλη αυτή η ενότητα περνά από το παθογόνο στέλεχος σαλμονέλας σε ένα άλλο, που τώρα πια γίνεται και εκείνο παθογόνο. Στο σύνολό του, το DNA που μεταβιβάζεται είναι της τάξεως των 150.000 βάσεων ("γραμμάτων" του DNA), πράγμα που ισοδυναμεί με ένα βιβλίο τσέπης 50 σελίδων! Κανείς άνθρωπος δεν μπορεί σε δευτερόλεπτα να μεταβιβάσει τόση πληροφορία σε έναν συνάνθρωπό του...». 

Το παράδειγμα της σαλμονέλας δεν είναι μοναδικό: πολλά βακτήρια ανταλλάσσουν γενετικό υλικό τόσο μεταξύ τους όσο και με άλλα βακτηριακά είδη. Διαθέτουν μάλιστα και ειδικά «μοριακά οχήματα» μεταφοράς γονιδίων. 

Προσφάτως μάλιστα διαπιστώθηκε ότι μια παρατυπία στον γενετικό κώδικα, αλλάζει την τρισδιάστατη δομή του σε συγκεκριμένα σημεία έτσι ώστε να διευκολυνθεί η εισαγωγή των νέων γονιδίων (MacDonald et al., Nature 2006, 440: 1157-62). «Για να αντιληφθεί κανείς το μέγεθος της ανταλλαγής πληροφορίας μεταξύ βακτηριακών ειδών, αρκεί να περιγραφεί πρόσφατο πείραμα που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση "Science" (D' Costa et al., "Science" 2006: 374-7). 

Κατά τη διάρκεια του πειράματος 480 είδη εδαφόβιων βακτηρίων δοκιμάστηκαν για ανθεκτικότητα σε 21 αντιβιοτικά μεταξύ των οποίων και κάποια που ακόμη δεν έχουν αρχίσει να χορηγούνται σε ασθενείς. Θα εκπλαγείτε όταν μάθετε ότι ορισμένα είδη βακτηρίων ήταν ανθεκτικά ακόμη και σε αυτά τα νέα αντιβιοτικά με τα οποία προφανώς δεν είχαν ακόμη έρθει σε επαφή!» λέει ο κ. Pechère. 

Η διαδεδομένη μεταξύ βακτηρίων πρακτική, όπου η πληροφορία του ενός είδους περνά και μάλιστα όχι κάτω από συνθήκες εξελικτικής πίεσης (τα εδαφόβια βακτήρια δεν είχαν κανένα λόγο να διαθέτουν ανθεκτικότητα σε αντιβιοτικά με τα οποία δεν είχαν έλθει σε επαφή) σε ένα άλλο, δημιουργεί τεράστια γενετική ποικιλομορφία. Χαρακτηριστική είναι η περίπτωση του εντεροβακτηρίου Escherichia coli, η πλειονότητα των στελεχών του οποίου είναι ακίνδυνα για τον άνθρωπο. 

Διαπιστώθηκε ότι η ομοιότητα μεταξύ του γονιδιώματος ενός ακίνδυνου στελέχους και του στελέχους Ο157:Η7 το οποίο προκαλεί ουρολοιμώξεις είναι μόνο 39%. «Αν σκεφτεί κανείς ότι το 99% των γονιδίων μας εντοπίζεται και στον χιμπαντζή, συνειδητοποιεί ακόμη περισσότερο τις δυνατότητες ενσωμάτωσης πληροφοριών των βακτηρίων» λέει με νόημα ο καθηγητής.

Τα κόλπα των ιών 

Αν έχετε ως τώρα πειστεί ότι οι ικανότητες των βακτηρίων για ανταλλαγή πληροφοριών είναι θαυμαστές, τότε θα μείνετε άναυδοι από τα κόλπα των ιών, τους οποίους ο ελβετός καθηγητής θεωρεί το πρωτότυπο πληροφοριακών σωματιδίων. Πράγματι, αν το καλοσκεφτεί κανείς, οι ιοί αποτελούν ξεχωριστή κατηγορία μικροοργανισμών που κινούνται στα όρια του έμβιου και του άβιου κόσμου: από χημικής απόψεως μπορούν να περιγραφούν (χονδροειδώς) σαν πρωτεϊνικοί σάκοι μέσα στους οποίους υπάρχει και μεταφέρεται γενετικό υλικό, DNA ή RNA. 

Εκτός των κυττάρων που προσβάλλουν, οι ιοί δεν μπορούν να πολλαπλασιαστούν και υπό αυτή την έννοια δεν πληρούν μία από τις βασικές προϋποθέσεις των ζωντανών οργανισμών που είναι η δυνατότητα αναπαραγωγής. Ωστόσο οι ιοί μπορούν να δημιουργούν αντίγραφα του εαυτού τους όταν βρίσκονται μέσα στα κύτταρα του ξενιστή τους. Εχουν μάλιστα αναπτύξει εις το έπακρον την ικανότητα να βάζουν το κύτταρο του ξενιστή να δουλεύει για λογαριασμό τους. 

Πρόσφατο εύρημα είναι κατά τον καθηγητή Pechère το απαύγασμα της δύναμης της πληροφορίας που επικοινωνείται μέσω ιών: μια γαλλική ερευνητική ομάδα πέτυχε να «αναστήσει» έναν ιό 5 εκατομμυρίων ετών! «Το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει περί τα 100.000 αντίγραφα μιας κατηγορίας ιών που ονομάζονται HERVs (Human EndogenusRetro Viruses - Ανθρώπινοι ενδογενείς ρετροϊοί). Πρόκειται για RNA ιούς οι οποίοι προσέβαλαν τον πρόγονο των πρωτευόντων θηλαστικών, ίσως πριν από 20 εκατομμύρια χρόνια. Με βάση το RNA τους δημιουργήθηκαν αντίγραφα DNA τα οποία ενσωματώθηκαν στο γενετικό υλικό του προγόνου και από γενιά σε γενιά έφτασαν ως εμάς. Τα απομεινάρια των ιών HERV συνιστούν σήμερα το 8% του ανθρωπίνου γονιδιώματος! 

Στην πλειονότητά τους οι ιοί αυτοί με την πάροδο του χρόνου έχουν υποστεί μεταλλάξεις και έχουν καταστεί ανενεργοί. Προσφάτως όμως γάλλοι επιστήμονες πέτυχαν να αναστήσουν έναν τέτοιον ιό τον οποίο ονόμασαν HERV-Κ Phoenix. Για την ανάστασή του, απαιτήθηκε η αποκατάσταση ορισμένων μεταλλάξεων που είχε υποστεί, και ο ιός μπόρεσε όχι μόνο να προβάλει καλλιέργεια ανθρωπίνων κυττάρων και να πολλαπλασιαστεί αλλά και να ενσωματωθεί εκ νέου στο ανθρώπινο γονιδίωμα!». 

Αξίζει να προστεθεί ότι αν και η μολυσματικότητα του ιού HERV-Κ Phoenix εμφανίστηκε σχετικά μικρή, οι «απόγονοί» του φέρουν ομοιότητες με ρετροϊκά σωματίδια τα οποία παρατηρούνται σε ορισμένους ανθρώπινους καρκίνους όπως είναι τα μελανώματα ή οι καρκίνοι των ωοθηκών και των όρχεων. Αυτή η ομοιότητα οδηγεί τους ερευνητές σε αναζήτηση πιθανού ρόλου των ιών HERV στην εμφάνιση των εν λόγω καρκίνων.

Πλούσια σε... συναισθήματα 

Επιστρέφοντας στα βακτήρια, διερωτάται κανείς τι είδους πληροφορίες μπορούν να επικοινωνούν. Ο ελβετός καθηγητής δεν έχει καμία αμφιβολία για την ικανότητά τους να επικοινωνούν συναισθήματα! «Υποθέστε ότι πηγαίνετε σε μια συνάντηση και μέσα στην αίθουσα βλέπετε έναν ωραίο άνδρα. Σε δευτερόλεπτα η καρδιά σας αρχίζει να χτυπά εντονότερα. 

Αυτού του είδους πρωτογενές συναίσθημα (χαρακτηρίζεται από αμεσότητα και δημιουργείται ασυνείδητα) το οποίο δημιουργήθηκε όταν ένα οπτικό ερέθισμα μεταφέρθηκε στα κατάλληλα εγκεφαλικά κέντρα, υπάρχει και στα βακτήρια! Σε μοριακό επίπεδο, για τη δημιουργία των πρωτογενών συναισθημάτων απαιτείται η παρουσία ενός ερεθίσματος-σήματος, η παρουσία ενός αισθητήρα που αντιλαμβάνεται το σήμα και κινητοποιεί τον μηχανισμό ανταπόκρισης στο σήμα, που στην περίπτωσή σας ήταν ο αυξημένος χτύπος της καρδιάς. 

Στο γονιδίωμα του εντεροβακτηρίου Escherichia coli έχουν εντοπιστεί 62 πρωτεΐνες, οι οποίες μετέχουν στον κυτταρικό μηχανισμό παραγωγής συναισθημάτων, 36 εκ των οποίων μοιάζουν με πρωτεΐνες-αισθητήρες. Τα ερεθίσματα-σήματα στα οποία το βακτήριο ανταποκρίνεται, μπορούν να αφορούν τροφή, οξύτητα περιβάλλοντος (pH),φωτόνια, τοξικές ουσίες (για να αναφέρουμε μόνο μερικά), ενώ η ανταπόκριση μπορεί να είναι κίνηση απομάκρυνσης από ή προσέγγισης προς το ερέθισμα, αλλαγές στον μεταβολισμό κ.ά.». 

Την άποψη του Pechère για τη δημιουργία πρωτογενών συναισθημάτων στα βακτήρια συμμερίζεται και ο διάσημος πορτογάλος νευροβιολόγος Antonio Damasio, o οποίος στο βιβλίο του «Looking for Spinoza» σημειώνει: «Σκεφτείτε ένα μοναχικό paramecium, έναν απλό μονοκυτταρικό οργανισμό, μόνο σώμα, χωρίς εγκέφαλο, χωρίς νου, να κολυμπά ταχύτατα απομακρυνόμενος από έναν πιθανό κίνδυνο. ´Η ίσως το paramecium να κολυμπά προς μια ολοένα αυξανόμενη συγκέντρωση θρεπτικών συστατικών που του δείχνει ότι σε ένα κοντινό σημείο μπορεί να βρει ένα καλό γεύμα. Τα γεγονότα που σας περιγράφω, σε ένα πλάσμα που στερείται εγκεφάλου, ήδη ενέχουν την ουσία της διαδικασίας που δημιουργεί τα συναισθήματα».

Πνεύμα ομάδας 

Η γλώσσα του DNA δεν είναι η μόνη που χρησιμοποιούν τα βακτήρια, τα οποία εμφανίζουν χημειοτακτισμό και όχι μόνο. Οπως λέει ο ελβετός καθηγητής «τα βακτήρια διαθέτουν μια χημική γλώσσα όμοια με αυτήν των φερορμονών που διαθέτουν τα έντομα.Διαθέτουν επίσης και quorum sensing (αίσθηση απαρτίας). Πρόκειται για ένα είδος γλώσσας η οποία εξαρτάται από τη συγκέντρωση των κυττάρων. Με άλλα λόγια τα βακτήρια μπορούν να αντιληφθούν την παρουσία ομοίων τους. Αυτό γίνεται επειδή αντιλαμβάνονται στο περιβάλλον τους μόρια που εκλύονται από τους γείτονές τους. 

Ετσι, όταν γύρω τους υπάρχουν λίγα κύτταρα που εκλύουν κάποιο μόριο, η μικρή συγκέντρωση του μορίου αυτού στο περιβάλλον δεν του επιτρέπει να δράσει ως μήνυμα για τον αποδέκτη του. Οταν η συγκέντρωση των κυττάρων αυξηθεί, αυξάνεται και η συγκέντρωση των εκλυομένων μορίων η οποία γινόμενη αισθητή από το βακτήριο το κατευθύνει να αλλάξει τη συμπεριφορά του». 

Τα τελευταία χρόνια όλο και περισσότεροι ερευνητές διαπιστώνουν την ύπαρξη του μηχανισμού που επιτρέπει στα βακτήρια να αντιλαμβάνονται τη συγκέντρωσή τους στο περιβάλλον. Εκτιμάται ότι το quorum sensing είναι καθολικός μηχανισμός στα βακτήρια, ενώ έχει εντοπιστεί και σε ορισμένους μύκητες όπως ο στρεπτομύκητας (Streptomyces) και ο C. albicans. Εκτός από την επιστημονική περιέργεια οι ερευνητές έχουν και έναν πιο πρακτικό λόγο να ενδιαφέρονται για το quorum sensing, καθώς αυτό φαίνεται ότι εμπλέκεται στη μολυσματική ικανότητα των βακτηρίων.

Πρωτόπλαστοι και αθάνατοι 

Για τον καθηγητή Pechère πάντως, όλα τα τελευταία ευρήματα συνηγορούν υπέρ της θεώρησης ότι έχουμε υποτιμήσει τους μικροοργανισμούς: «Αναλογιστείτε ότι πρόκειται για οργανισμούς που προϋπήρχαν ημών, για οργανισμούς που είναι φτιαγμένοι από την ίδια ύλη και ενέργεια με μας, ενώ αυτό που τους διαφοροποιεί από εμάς είναι η πληροφορία τους και ο τρόπος που την αξιοποιούν. 

Αν σε αυτό προσθέσετε ότι είναι αθάνατοι...εκπλήσσεστε; Και βέβαια είναι αθάνατοι: τα βακτήρια πολλαπλασιάζονται με διαίρεση. Ενα αρχικό κύτταρο διαιρείται και δίνει δύο νέα. Δεν υπάρχει πτώμα! Βλέπετε ότι αλλάζει ακόμη και η άποψή μας για τον θάνατο μέσα από τη μελέτη των βακτηρίων; Ελπίζω να σας έπεισα ότι πρόκειται για οργανισμούς που πρέπει να τους κατανοήσουμε καλύτερα και να τους σεβαστούμε περισσότερο. Για το δικό μας καλό...».

πηγή-kiou-kirbiologia