A baktériumok fura kis lények. Gyorsan fejlődnek, az antibiotikumokkal szemben ellenállóképességet fejlesztenek ki és így egyre nehezebben kezelhetők. A kutatóknak most először sikerült megfigyelniük egy olyan mechanizmust, amelyet a mikrobák használnak ehhez a gyors fejlődéshez.
Két kolerabaktériumot - a kolera kórokozóját - helyeztek mikroszkóp alá, melyek élénk zöld színnel ragyogtak. Amint a róluk készült felvételen látható, egy csáp kígyózik elő az egyik baktériumból, megragad egy DNS darabot és visszahúzza a saját testébe.
Ezt a függeléket ostornak nevezik, és azt a folyamatot, melynek során a baktériumok az új genetikai anyagot egy másik szervezetből a saját DNS-ükbe építik be, hogy felgyorsítsák a fejlődésüket, vízszintes géntranszfernek hívják.
Ez az első alkalom, hogy a tudósok közvetlenül megfigyelhették, ahogy egy baktériumot ostorának felhasználásával hajtja végre ezt a géntranszfert, mely egy olyan mechanizmus, aminek létezését évtizedek óta feltételezték.
"A vízszintes géntranszfer fontos módja annak, hogy az antibiotikum rezisztencia a baktériumfajok között kialakul, de a folyamatot korábban soha nem figyelték meg, mivel az érintett struktúrák annyira hihetetlenül kicsik," - mondta Ankur Dalia, az Indianai Egyetem biológusa. (1)
"Fontos megérteni ezt a folyamatot, hiszen minél jobban megértjük, hogy a baktériumok miként osztják meg a DNS-t, annál jobb esélyünk van annak megakadályozására."
Hogy a baktériumok hogyan használják az ostorukat a DNS megragadására, eddig megfoghatatlan volt a tudósok számára, részben a rendkívül kis méretük miatt. Az ostor 10000-szer vékonyabb, mint egy emberi hajszál, ami azt jelenti, hogy nagyon nehéz megfigyelni.
Amit a kutatók tettek, és ami a baktériumok zöld fényét okozza, hogy egy új módszert dolgoztak ki az ostor és a DNS megfestésére egy fluoreszkáló festék segítségével. Amikor mikroszkóp alá helyezték ezeket a megfestett baktériumokat, először láhatták a folyamatot a saját szemükkel.
Az alábbi kép jobb oldalán látható ez a folyamat, a bal oldalon pedig festés nélkül figyelhető meg.
"Olyan ez, mint egy tű befűzése," - mondta Courtney Ellison biológus.
"A lyuk mérete a külső membránban csaknem egy DNS spirál kettéhajtott szélességének felel meg, amelyen valószínűleg áthalad. Ha nem lenne az ostor, amely irányítaná, akkor annak az esélye, hogy DNS a sejt pórusát a megfelelő szögben találja el, gyakorlatilag nulla."
Az antibiotikum rezisztencia többféleképpen átvihető a baktériumok között - és számos mechanizmus létezik a vízszintes géntranszfer esetében is. A DNS környezetből történő felvételét átalakulásnak nevezik.
Amikor a baktériumok elpusztulnak, felszakadnak, és felszabadítják a DNS-üket, amit más baktériumok is befoghatnak és magukba építhetnek. Ha a halott baktérium már rendelkezett antibiotikum rezisztenciával, akkor az a baktérium, amely magába építette a halott társa DNS-ét, szintén kifejleszti ezt az ellenállást, és továbbadja a saját utódainak is.
Ily módon az ellenállóképesség egy populáción belül úgy terjedhet, mint egy futótűz. És ez egy nagy probléma. A CDC szerint legalább 23000 haláleset történt csak az Egyesült Államokban az antibiotikum rezisztencia miatt.
Annak megállapításával, hogy a baktériumok pontosan milyen mechanizmusokat használnak az antibiotikum rezisztencia terjesztésére, a kutatók remélik, hogy képesek lesznek kialakítani a megelőzés módjait.
A következő lépés annak megismerése, hogy az ostor hogyan rögzül a DNS-ben a megfelelő helyre, különösen azért, mert a folyamatban részt vevő fehérje úgy tűnik, hogy a DNS-el kölcsönhatásba lép olyan módon, amit korábban még nem láttak.
A kutatók azt remélik, hogy a fluoreszkáló festék alkalmazásának segítségével megfigyelhetik az ostor egyéb funkcióit is. (2)
(1) - https://news.iu.edu/stories/2018/06/iub/releases/11-scientists
(2) - https://www.sciencealert.com/cholera-bacteria-using-pili-to