Raziskovalne novice

Zunajcelični polimeri fizično povezujejo posamezne celice v mrežo.
Slika: arhiv UL BF

Datum objave: 26.10.2017

Kategorija: Interdisciplinarne raziskave, Naš prispevek k ciljem trajnostnega razvoja OZN

Cilji trajnostnega razvoja: 15 Življenje na kopnem (kazalniki)

Temeljno naravoslovno odkritje raziskovalcev Univerze v Ljubljani omogoča novo razumevanje bakterijskega sodelovanja, komuniciranja in njihovega vpliva na okolje. 

Skupina raziskovalcev z Univerze v Ljubljani je odkrila mehanske povezave med bakterijami, za katere je veljalo, da ne obstajajo. Raziskovalci so prvi opazili, da se celice v suspenziji povežejo v nevidno mrežo, prek katere sledijo gibanju optično ujete bakterije. Za vidno bakterijsko strukturo se skriva nevidna mreža medceličnih povezav, ki predstavlja do sedaj nevidno tkanino ekosistema. 

Vse od definicije planktona leta 1887 so bili raziskovalci prepričani, da je gibanje bakterij prvenstveno določeno s tokom okoliške vode, kjer celice nimajo medsebojnih povezav in se prosto gibljejo neodvisno druga od druge. Raziskovalci z Univerze v Ljubljani so nedavno dokazali, da temu ni tako. »Fizične povezave med bakterijskimi celicami so v planktonski obliki prisotne, vendar jih s standardnimi mikroskopskimi tehnikami ni mogoče zaznati. Medtem ko lahko posamezne celice v razredčenih bakterijskih suspenzijah vidimo in preštejemo, je njihove povezave mogoče dokazati šele z aktivno motnjo ene ali več celic, ki so v medsebojnem kontaktu,« je ob pomembnem odkritju povedal vodja skupine raziskovalcev prof. dr. David Stopar z Biotehniške Univerze v Ljubljani. Da bi to potrdili, so raziskovalci uporabili optično pinceto in kot prvi opazili, da se celice v suspenziji povežejo v nevidno mrežo, prek katere sledijo gibanju optično ujete bakterije. Za vidno bakterijsko strukturo se tako skriva nevidna mreža medceličnih povezav, ki predstavlja do sedaj še nevidno tkanino ekosistema. 

Raziskava je pokazala, da so bile mehanske povezave prisotne pri nizkih gostotah bakterij, kar je v ostrem nasprotju s trenutno sprejetim modelom, da se mreženje bakterij pojavi šele pri visokih gostotah, pri prehodu v t. i. biofilm. »Molekularne povezave, ki omogočajo začetno povezovanje bakterij, so različne od tistih, ki jih najdemo v biofilmih. Zelo pomembne so nukleinske kisline, ki zaradi viskoelastičnosti in sposobnosti tvorbe kompleksnih origamijev omogočajo samo-sestavljanje tkanine ekosistema. Ko je mreža enkrat sestavljena, jo je mogoče enostavno vcepiti v nova okolja. Tako poleg celice z vcepkom prenesemo tudi njeno lokalno okolje kot neločljivo enoto«, pojasnjuje Stopar.  

Bakterije so glede na rezultate raziskave sposobne izdelati dobro povezano mikrobno tkivo na dolge razdalje (tudi več kot 100 mm). To je presenetljivo, pravi Stopar, saj je do sedaj veljalo, da so enocelični organizmi v suspenziji med seboj nepovezani. Medcelična povezanost je bila vedno znak višje stopnje razvoja, rezervirana za večcelične organizme, poudari. A delo raziskovalcev na tem mestu še ni končano. Odkritje šibke viskoeleastične zunajcelične bakterijske mreže je prineslo dodatna vprašanja o delovanju bakterij v suspenzijah, hkrati pa omogoča reševanje nekaterih temeljnih mikrobioloških problemov, ki so vezani na medcelično komunikacijo bakterijskih celic in njihovo odpornost na protimikrobne snovi. 

Raziskovalci z Univerze v Ljubljani so ugotovili, da bakterije le niso tako osamljene, kot se je zdelo. Rezultati raziskave so spremenili pogled na naše dojemanje bakterij kot osamljenih samotnih celic, ki se družijo zgolj občasno, ko so razmere slabe. Temeljno naravoslovno odkritje omogoča novo razumevanje bakterijskega sodelovanja, komuniciranja in njihovega vpliva na okolje. Obstoj mehanskih povezav med celicami v redkih bakterijskih suspenzijah je bil prvič opisan v avgustovski številki reviji Nature Communications

Pri raziskavi so sodelovali raziskovalci s treh članic Univerze v Ljubljani:

  • dr. David Stopar, Biotehniška fakulteta
  • Simon Sretenović, Biotehniška fakulteta
  • dr. Iztok Dogša, Biotehniška fakulteta
  • dr. Rok Kostanjšek, Biotehniška fakulteta
  • dr. Igor Poberaj, Fakulteta za matematiko in fiziko
  • Biljana Stojković, Medicinska fakulteta

Bakterije

V suspenziji ujete bakterije Bacillus subtilis v zunajcelično DNA (levo), zunajcelični polimeri fizično povezujejo posamezne celice v mrežo (desno). Slike: arhiv UL BF

nazaj na seznam