Drapieżne bakterie, znane jako BALO, to mikroskopijne, ale groźne łowcy innych drobnoustrojów, odgrywające kluczową rolę zarówno w zastosowaniach środowiskowych, jak i zdrowotnych.
Naukowcy badają ich rolę w ekosystemach morskich, ich potencjał do przekształcenia ekologii drobnoustrojów i ich skuteczność przeciwko bakteriom chorobotwórczym, z potencjalnymi zastosowaniami od leczenia infekcji po utrzymanie równowagi ekologicznej.
Drapieżne bakterie
Kiedy myślisz o drapieżnikach w świecie przyrody, możesz wyobrazić sobie lwa, niedźwiedzia grizzly, rekina lub krokodyla. Jednak jeden z najbardziej śmiercionośnych drapieżników jest znacznie mniejszy – zaledwie jedną setną wielkości ziarenka piasku: drapieżna bakteria polująca na inne drobnoustroje.
W Narodowym Laboratorium Wysokich Pól Magnetycznych naukowcy badają te maleńkie, ale potężne drapieżniki, aby zrozumieć, w jaki sposób polują, zabijają i rozmnażają się, a także rolę, jaką mogą odgrywać, od wpływu na obieg węgla w naszych oceanach po zwalczanie chorób zakaźnych .
„Nawet dzisiaj jestem zdumiony tą bakterią” – powiedziała dr Huan Chen, wykładowca badawczy MagLab.
Rola i zachowanie BALO
Przez prawie 20 lat Chen badał BALO, klasę drapieżnych bakterii znaną jako Bdellovibrio i podobne organizmy. Przeniosła się do Tallahassee, aby współpracować z profesorem A&M na Florydzie, Henrym N. Williamsem, wiodącym ekspertem BALO, a później dołączyła do MagLab, aby rozwijać swoje prace.
„Jestem po prostu zafascynowany wyjątkowym stylem życia tej bakterii” – powiedział Chen, nazywając BALO najmniejszymi myśliwymi na świecie.
BALO są znacznie mniejsze niż większość bakterii, ale nadrabiają tę niedogodność związaną z rozmiarem, poruszając się szybko i pływając na odległość 100 razy większą niż długość ich ciała w ciągu sekundy. Szukają zdobyczy, np E. coli, Salmonellalub inne potencjalne patogeny i zaatakować je czymś, co Chen opisuje jako pocałunek śmierci.
„Przypuszczają zaciekły atak, przenikają przez zewnętrzną błonę, a następnie wykorzystują materiał komórkowy ofiary do pożywienia się i produkcji nowych komórek” – wyjaśniła.
Badania i wpływ BALO
Po rozmnożeniu nowe komórki BALO uwalniają się od żywiciela i szukają kolejnej ofiary.
„Ogólnie rzecz biorąc, zarabiają na życie, atakując i pożerając inne bakterie w celu własnego rozmnażania” – powiedział Chen.
Obecne badania Chena nad BALO są finansowane z grantu amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki. Do jej współpracowników zalicza się zespół profesora Williamsa z Florida A&M University, dr. Michael Stuke i Sven Kranz w Uniwersytet Stanowy Florydyi dr Ahkinyala Cobb-Abdullah z Virginia Union University.
Multidyscyplinarny zespół analizuje wpływ tych bakterii drapieżnych na ekosystemy morskie. BALO stanowią część tak zwanej pętli mikrobiologicznej – łańcucha pokarmowego mikroorganizmów, który przetwarza składniki odżywcze w oceanie. Wirusy i inne mikrodrapieżniki, takie jak protisty, również znajdują się w pętli, żerując na bakteriach morskich. Chen i Williams skupiają się na dynamicznym wpływie wszystkich trzech mikrodrapieżników (BALO, wirusy, protisty) na równowagę ekologiczną. W badaniu, które ma zostać opublikowane tego lata, zwracają uwagę na niedocenianą wcześniej rolę bakterii drapieżnych w ekologii drobnoustrojów, ujawniając ich znaczący wpływ.
„Zastanawiamy się nad sposobem, w jaki bakterie przetwarzają węgiel. Uważamy, że w tym procesie recyklingu biorą udział bakterie drapieżne” – powiedział Chen. „Skutkowałoby to zmianą koncepcji ekologii drobnoustrojów”.
„Przyszłe badania czynników napędzających cykliczne procesy i funkcje w pętli mikrobiologicznej oraz obieg składników odżywczych muszą uwzględniać BALO” – powiedział Williams. „Doktor Chen i ja opracowaliśmy nowy model koncepcyjny, który obejmuje dokładniejsze przedstawienie dynamiki drapieżnik-ofiara w pętli mikrobiologicznej”.
MagLab jest wyjątkowo przystosowany do badania tego procesu przy użyciu 21-teslowego systemu rezonansu cyklotronowego z transformacją Fouriera, spektrometru mas o najwyższej rozdzielczości na świecie. Po zabiciu bakterii instrument o wysokiej rozdzielczości może wykryć molekularne odciski palców i wskazać, który drapieżnik jest sprawcą.
„Każdy rodzaj drapieżnika podczas zjadania bakterii uwalnia inną mieszankę materiałów organicznych” – wyjaśnił Chen. „Dzięki 21 T możemy wykryć te markery metaboliczne”.
Potencjał BALO w opiece zdrowotnej
Oprócz poprawy stanu zdrowia planety, projekty BALO obiecują poprawę zdrowia ludzi poprzez zwalczanie patogenów bakteryjnych. Szkodliwe bakterie każdego roku prowadzą do chorób i śmierci milionów ludzi na całym świecie, począwszy od infekcji E. coli, przez zatrucie Salmonellą, aż po lekooporne „superbakterie”.
Badania laboratoryjne wykazały już, że BALO mogą skutecznie leczyć bakterie chorobotwórcze u zwierząt, owoców morza, patogenów jamy ustnej i infekcje lekooporne. A ponieważ BALO atakują tylko inne bakterie, naukowcy uważają, że powinny być bezpieczne do stosowania u ludzi.
Chen bada możliwość wykorzystania BALO w połączeniu z wirusami do zwalczania patogenów. Jej wcześniejsze badania ujawniły pierwsze dowody na istnienie a wirus oraz BALO atakujące pojedynczą komórkę patogenu w tym samym czasie, zmieniając paradygmat możliwych sposobów zwalczania niebezpiecznych infekcji bakteryjnych.
Ponieważ tak wiele pytań na temat BALO pozostaje bez odpowiedzi, Chen twierdzi, że ma szczęście, że przebywa w MagLab i ma dostęp do światowej klasy instrumentów, badając ten niesamowity organizm.
„To naprawdę fascynująca rzecz do studiowania. Jestem podekscytowany możliwością zaprezentowania światu tej bakterii” – powiedział Chen.
