Idegen nyelveket beszélő baktériumok
Több baktériummal osztjuk meg testünket, mint amennyi saját sejtünk van. Cikkünkben mikrobiális albérlőink társas kapcsolataira összpontosítunk. Látni fogjuk, hogyan és miért „beszélnek” idegen nyelveket, továbbá, hogy képesek munkamegosztásra, de még társaik megtévesztésére, kihasználására is.
Hogyan élnek a körülöttünk mindenütt jelenlévő baktériumok? Magányosan vegetálnak vagy elképzelhető, hogy jól tagolt társadalmakba szerveződve dolgoznak, ahol még „beszélgetnek” is egymással? Cikkünk előző részében láttuk, hogpéy számos baktérium néhány génből álló szabályozókör segítségével képes kommunikálni fajtársaival és felmérni, hogy mennyien vannak körülötte. Elég nagy sejtsűrűségnél pedig a populáció tagjai összehangoltan, egyszerre kezdenek el például világítani vagy egy felület benépesítéséhez szükséges bevonatot termelni. Ám vannak olyan baktériumok is, amik idegen nyelveket is beszélnek.
Idegennyelv-tudás és munkamegosztás
A sejtek egy része többnyelvű. Olyan jeleket is megért (a fent említetthez hasonló szabályozókörök segítségével), amit más fajba tartozó sejtek termeltek, és a megfelelő választ is meg tudja adni ezekre. Úgy is fogalmazhatunk, hogy „beszéli más fajok nyelvét”. Ez lehetővé teszi az együttműködést köztük. Így komplex, sok fajt tartalmazó közösségek jöhetnek létre. Ezekben a közösségekben a sejtek nem csupán egymás mellet élnek, hanem reagálnak is a többiek jeleire. Gyakran az egyik faj által termelt anyag szolgál a másik táplálékául. Ez lenyűgözően bonyolult kölcsönhatás-hálózatokat eredményez, amik sokkal összetettebb feladatok ellátására képesek, mint az őket alkotó tagok. Ilyen például az emberi bélflóra is, amiben sok faj munkálkodik együtt a saját, egymás, és a mi jólétünkért. Antibiotikumok túlzott fogyasztásával viszont megzavarjuk ezt az olajozott munkát. Ugyanis a kórokozókon kívül számos hasznos mikrobát is elpusztítunk, ami felborítja az egész bacitársadalmat, és olyan tagok vehetik át az uralmat, akik eddig a háttérbe szorultak.
(Forrás: Wikimedia Commons / Janice Carr / PD)
Jó példa erre a súlyos, nem egyszer halálos kimenetelű Clostridium difficile kórházi fertőzés. Ennek során a normál körülmények közt kordában tartott kórokozó a bélflóra gyógyszerek miatti legyengülését kihasználva elszaporodik, ami bélgyulladást és hasmenést okoz. A Clostridium difficile antibiotikumrezisztens, ezért túléli azokat a gyógyszereket, amikbe a legtöbb baktérium belehal. Emiatt igen nehéz tartósan megszabadulni tőle. Hatékony kezelés viszont az egészséges bélflóra visszajuttatása, ami egyszerűen kiszorítja a kórokozót. Ez az egészséges bélflóra egy donor székletéből származik, a széklet ugyanis rengeteg (mesterséges körülmények közt nem tenyészthető) baktériumot tartalmaz. A mikrobiom átültetésre ma már szájon át adható kapszulák is rendelkezésre állnak.
A nitrogén minden élő szervezet számára elengedhetetlenül fontos építőelem. Bár a légkörben nagy mennyiségben van jelen, ebben a formájában a legtöbb élőlény képtelen hasznosítani. A nitrogénkötő baktériumok jelentősége abban rejlik, hogy ők alakítják át a nitrogéngázt (N2) a növények számára felvehető ammóniává (NH3) biztosítva ezzel az egész tápláléklánc nitrogén ellátását.
Egy növény is megtanulhatja a számára hasznos mikrobák nyelvét. A pillangós virágúak (például a lóhere vagy a lucerna) a gyökerükön kialakuló gümőkben élő baktériumok segítségével képesek megkötni és felhasználni a talaj nitrogénjét. Az ehhez szükséges baktériumokat pedig maguk toborozzák csalogató hatású kémiai anyagokat termelve (kemotaxis). A gyökerek körül kialakuló mikrobákban gazdag zóna (rizoszféra) általában is segíti a tápanyag felvételt és feldolgozást. Ez az egyik oka, amiért minél nagyobb földlabdával ültetjük át növényeinket, és nem tisztogatjuk le a gyökereiket.
(Forrás: Wikimedia Commons / PD)
Lehallgatás és csalás
A kommunikációban azonban a felek nem mindig egyenrangúak. Elképzelhető például főnök–beosztott munkamegosztás. Ekkor az egyik sejttípus termel csak jelanyagokat, ad utasításokat, míg egy másik csoport ezeket végrehajtja ugyan, tehát kooperál, ő maga viszont nem termel jeleket, nem kommunikál a többiekkel. Az ilyen közösségben szükség van a vezetőre, mert a dolgozók csak az ő utasításait követve „tudják”, hogy mit kell tenniük. Ugyanakkor a vezető is csak akkor lehet meg a munkásai nélkül, ha maga is képes dolgozni, például kellő mennyiségű biofilmképző anyagot termelni.
A biofilm mikroorganizmusok által egy felületen képzett bevonat. A sejtek benne gyakran valamilyen általuk kiválasztott kötőanyagba ágyazódnak. Alkothatja egy vagy sok faj, szerkezete egészen összetett is lehet. Biofilm például a sokáig ki nem száradó pocsolyák felszínén megfigyelhető hártya, és a fogunkon kialakuló lepedék is.
Az eddig bemutatott példákban egymás nyelvének ismerete kölcsönös előnnyel járt a kommunikáló felek számára. A valóságban azonban ezzel a tudással vissza is lehet élni. Az egyik sejt lényegében lehallgatja a másikat, ha felfogja, érti annak jeleit, de nem száll be a közös munkába, csak élvezi az ebből fakadó előnyöket. Például nem járul hozzá a biofilm készítéséhez, de elkezd rajta terjedni, ha a többiek már megtermelték.
(Forrás: Wikimedia Commons / Ciotu Cosmin ! CC BY-SA 4.0)
Ezek a csalók előnybe kerülnek a dolgozókkal szemben. Több energiájuk marad osztódni, benépesíteni a felszínt, mert nem vesződnek a fáradtságos munkával, így ki is szorítják hamarosan a becsületesen dolgozókat. Ekkor azonban leáll a biofilmtermelés is, és rövidesen elfogy a hozzáférhető tápanyag. Az eddig dőzsölő csalók pedig kipusztulnak, mivel „életszínvonalukat” egyedül képtelenek fenntartani. A telhetetlen ingyenélők tehát a már mikroszkopikus társadalmakra is veszélyt jelentenek. Ennek a viselkedésnek a túlsúlyba kerülése itt is az egész közösség összeomlását eredményezi.
A bemutatott példákból jól látszik, hogy a baktériumok milyen sokrétű és fontos szerepet játszanak életünkben, és hogy nem csak bajkeverők, de nélkülözhetetlen segítőink is. Egyszerű, kémiai alapon nyugvó kommunikációs rendszereik segítségével képesek például összehívni a jelzéseiket értőket vagy megszámolni, mennyien vannak. Sok faj is képes így együttműködni, és közösen a tagok egyéni képességeinél komplexebb feladatokat ellátni. A kialakuló interakciókban pedig óhatatlanul felfedezünk hasonlóságokat az emberi társadalom olyan folyamatival, mint például az együttműködés, a munkamegosztás, vagy a csalás. Többek közt ezek az analógiák teszik a mikroszkóp előtti világot annyira érdekessé.
(Forrás: Fortepan / Magyar Földrajzi Múzeum, Erdélyi Mór cége / CC BY-SA 3.0)
Források
Dr. W.J.: Clostridium difficile fertőzés kezelése széklet mikrobióta transzplantációval
Dr. Parádi István: Növényi szimbiózisok élettana
Pongor Sándor, Juhász János, Ligeti Balázs: Kommunikáció, IQ, összeomlás, Élet és Tudomány 2016/2 41-43.