Bakterie mohou existovat jako jednotlivé buňky, ale jak se říká, v množství je síla. Proto mnoho mikrobů vytváří shluky označované jako biofilmy – malá bakteriální společenství, která nabývají rysů, které izolované buňky mít nemusí. Jedná se zejména o zvýšenou rezistenci k antibiotikům a dezinfekčním prostředkům, což představuje velký problém zejména v nemocnicích. Biofilmy je navíc velmi obtížné odstranit. Bakteriální biofilmy mohou růst na různých typech povrchů, od vnitřku potrubí, až po lékařské přístroje typu kanyl nebo implantátů.

V rámci své nejnovější studie vědci z americké University of California San Diego zjistili, že elektrické výboje mohou být vyžity ke kontrole růstu biofilmů. Svůj výzkum publikovali v prestižním vědeckém časopise Cell Systems.

V některých ohledech mají biofilmy vlastnosti, které se podobají organismům vyššího řádu. Například mají různé diferencované oblasti – v některých se sdružují tzv. matricové buňky zajišťující ukotvení biofilmu k povrchu (produkcí extracelulární matrix), v jiných nalezneme buňky, jejichž funkcí je vychytávání potravy a pak tu jsou například také tzv. motilní, tedy pohyblivé, buňky, které zajišťují rozšiřování biofilmu do stran.

To znamená, že buňky v biofilmu jsou diferencované a svou fyziologii mají uzpůsobenou své funkci ve společenství. To se děje, i přesto, že mají všechny buňky identickou DNA. Rovnováha mezi různými typy buněk pomáhá řídit vývoj biofilmu a jeho biologické a fyzikální vlastnosti. Například, pokud se v biofilmu nachází příliš mnoho buněk matrice, biofilm se stane tuhým a s omezeným růstem. Naopak nadměrný počet pohyblivých buněk může způsobit, že se biofilm zcela rozpadne, protože příliš mnoho buněk se začne vzdalovat od komunity. Biofilmy tak lze potenciálně kontrolovat manipulací poměru mezi různými typy buněk.

Aby vědci mohli prozkoumat, jak biofilmy reagují na elektřinu, využili mikrofluidní zařízení tvořené malými kanálky a řadou elektrod. Pomocí tohoto nástroje následně aplikovali na vyvíjející se biofilm elektrické pulzy. A výsledek byl překvapivý – elektrická stimulace totiž spustila nadprodukci pohyblivých buněk v biofilmu, což následně vede k rozpadu biofilmu.

Vědci z University of California San Diego zjistili, že sekundový výboj emitovaný elektrodou (tmavý kruh uprostřed) přednostně způsobuje růst (oranžových) pohyblivých buněk, spíše než (modrých) buněk produkujících matrix, čímž se mění poměr typů buněk v komunitě. To následně vede k destabilizaci biofilmu. Zdroj: Süel Lab, UC San Diego

Podstata toho fenoménu však není jasná, a tak se mu vědci chtějí dále věnovat. Chtějí vědět, proč elektřina podporuje růst jednoho druhu buněk, ale nikoli druhého. Odpověď na tuto otázku by mohla lékařům a výzkumníkům pomoci najít způsoby, jak dostat nebezpečný růst biofilmu pod kontrolu.

„Jak může jediná sekunda elektrické stimulace podpořit růst motilních buněk na několik hodin a jakto, že to platí pouze pro tento specifický typ buněk, to je velká hádanka, kterou toužíme vyřešit,“ říká hlavní autor studie profesor Gürol Süel z katedry molekulární biologie na University of California San. Diego.

„Schopnost modulovat typy buněk tímto způsobem není důležitá jen pro pochopení chování biofilmů,“ dodává Süel. „Elektrochemické signály, které jsme použili, jsou podobné signálům, které nastávají během vývoje u složitějších organismů, jako jsou žáby, ryby nebo dokonce lidé, naše studie tak může nabídnout analogie s jinými biologickými systémy.“

Originální publikace: Cell Systems (impact factor 10,3)

Zdroj: Labroots, Süel Lab, UC San Diego

Zdroj titulního obrázku: WikiImages, Pixabay

Více z mikrobiologie na CZECHSIGHT:

Poslechněte si, jak zní bakterie na grafenovém bubnu
Napadlo vás někdy, jaký zvuk vydávají bakterie? Nizozemští vědci z Delft University of Technology nahráli, jak zní bakterie umístěná na grafenovém bubnu. Jejich objev může být v budoucnu využit pro screening antibiotické rezistence nebo jako diagnostický nástroj pro zjištění bakteriálního druhu.
Antibiotická krize klepe na dveře: Rezistence v roce 2019 zabila více lidí než malárie a AIDS dohromady
Antibiotickou rezistenci řadí Světová zdravotnická organizace mezi nejvážnější hrozby pro naše zdraví již delší dobu. Problematikou se intenzivně zabývají vědci po celém světě, probíhá osvěta mezi laickou veřejností, přesto se však situace nelepší. Aktuální globální studie přináší hrozivá data.
Vědci objevili obří bakterii o velikosti mouchy domácí
Biologové objevili největší známou bakterii. Měří 2 centimetry a má neobvyklé vlastnosti, které by mohly vrhnout světlo na evoluci složitějších buněk.