Gdy śmierć jest najlepszym rozwiązaniem – dramaty z mikroświata

Dwoinka zapalenia płuc

Śmierć komórek jest konieczna do przeżycia organizmu. W przypadku organizmów wielokomórkowych (choćby nas samych) to wydaje się zrozumiałe – przecież wiadomo, że komórki odpornościowe giną podczas walki z mikroorganizmami, chroniąc nas przed chorobami. Mało tego, podczas rozwoju zarodkowego pewne komórki umierają, żeby mogły wytworzyć się prawidłowo wyglądające narządy. Do niedawna wydawało się, że takie poświęcenie ma znaczenie tylko u organizmów wielokomórkowych, no bo jaki pożytek może mieć jednokomórkowa bakteria z tego, że sama zaraz zginie?

Jednak okazało się, że korzyści są i to ogromne. Komórki mikroorganizmów, a więc między innymi bakterii, mimo, że nie tworzą tkanek są organizmami społecznymi skupiającymi się w różnego rodzaju kolonie, agregaty czy struktury zwane biofilmami o bardzo skomplikowanej, przypominającej tkankę budowie. Komórki takie mogą się ze sobą komunikować zachowując się podobnie do prostego organizmu wielokomórkowego. Część bakterii budująca te „nibytkanki” w niekorzystnych warunkach środowiska często oddaje swoje życie dla dobra współtowarzyszy umożliwiając im przetrwanie.

Ofiarne pałeczki

Takie poświęcenie obserwujemy m.in. u Pseudomonas aeruginosa, czyli pałeczki ropy błękitnej, będącej istotnym problemem u osób chorych na mukowiscydozę. Bakteria ta tworzy wspomniane biofilmy złożone z wielu komórek posklejanych przez substancje będące ich własnym wytworem. Jedną z nich jest DNA. Obecność materiału genetycznego poza komórką jest wynikiem śmierci części bakterii. Martwe bakterie ofiarując swój materiał genetyczny, nie tylko spajając komórki budujące tę skomplikowaną strukturę, ale również umożliwiają im sprawniejszą infekcję tkanek gospodarza poprzez wspomaganie przyczepiania ich do otaczających je tkanek. Ponadto martwe komórki stają się pożywieniem, dostarczając energii żyjącym bakteriom dzięki czemu oderwane od biofilmów posiadają wystarczająco dużo siły, aby zasiedlać nowe miejsca. Ofiarna śmierci części komórek, wychodzi im na dobre również dlatego, że biofilmy są bardziej odporne nie tylko na atak komórek odpornościowych ale także na czynniki mikrobójcze, łącznie z antybiotykami.

Również bakteria Streptococcus pneumoniae, czyli dwoinka zapalenia płuc, potrafi wykorzystywać DNA swoich współtowarzyszy, jednak do nieco innych celów.
W niekorzystnych warunkach środowiska część komórek tego patogenu produkuje toksynę zabijającą sąsiednie siostrzane komórki. Materiał genetyczny pochodzący z martwych komórek jest następnie pobierany przez „trucicieli” i włączany do ich materiału genetycznego. Ten wymagający poświęcenia proces sprawia, że część komórek dostaje nowe geny co umożliwia im przeżycie w trudnych warunkach środowiska.

Lepiej zginąć, niż zarazić

Zaprogramowana śmierć komórkowa pozwala również chronić populację bakterii przed rozprzestrzenianiem się bakteriofagów, czyli wirusów atakujących bakterie. Zainfekowana komórka patogenu umierając nie pozwala na ich namnażanie w konsekwencji przerywając misterny plan podboju całej populacji bakterii. Umierają również te komórki bakterii, które posiadają zbyt duże uszkodzenia DNA, a ich naprawa w nie jest już korzystna dla całej populacji.

Widzimy więc, że bakterie, podobnie jak komórki organizmów bardziej złożonych, mogą wykorzystywać śmierć części komórek. Osiągają przy tym szereg korzyści jak np. przetrwanie części populacji czy zwiększenie efektywności infekcji. Jak dopracowane są to mechanizmy możemy się przekonać czytając prasę, oglądając telewizję czy śledząc internet. Co jakiś czas pojawiają się tam informacje o rozprzestrzeniających się zakażeniach nieraz przyjmujących stopień epidemii. Możliwe jest to między innymi, dzięki temu, że część bakterii poświęciła swoje życie, aby inne mogły przeżyć i walczyć o przetrwanie, niestety z czasem ciężkimi dla nas skutkami.

Autorem tekstu jest dr Mariusz Gogól z Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Wraz z nim bierzemy udział w programie Rzecznicy Nauki.