Podejście do zwalczania zakażeń bakteryjnych oparte na ewolucji społecznej

Do przetrwania i rozmnażania się bakterie wykorzystują złożone systemy zachowań społecznych. Zrozumienie, w jaki sposób dochodzi do tych zachowań i jak zmieniają się w czasie, może doprowadzić do opracowania nowych sposobów walki z zakażeniami.

Badania podstawowe

Sposób, w jaki różne gatunki współpracują ze sobą, aby przetrwać, jest od dawna ulubionym tematem biologów ewolucyjnych. Surykatki na przykład na zmianę wypatrują drapieżników i opiekują się nawzajem swoimi młodymi. „Wykonanie aktu współpracy jest propozycją opartą na stosunku kosztów do korzyści”, wyjaśnia koordynatorka projektu SESE Ashleigh Griffin z Uniwersytetu Oksfordzkiego w Zjednoczonym Królestwie. „W świecie zwierząt potrafimy zrozumieć, dlaczego organizm może wykonywać czynność, która nie przynosi mu bezpośrednich korzyści. O wiele trudniej jest jednak wyobrazić sobie bakterie zachowujące się w ten sposób”. Niemniej jednak na poziomie molekularnym również zdarzają się takie kooperacyjne zachowania – są po prostu trudniejsze do zbadania. Przykładowo, bakterie opierają się działaniu antybiotyków, takich jak penicylina, poprzez wytwarzanie enzymów. „Gdy niektóre komórki uwalniają enzymy w celu usunięcia toksyn z atmosfery, inne mogą to wykorzystać i zachować się inaczej”, mówi Griffin. „Tego rodzaju zachowanie komórek może mieć wpływ na postęp zakażenia”.

Ewolucja społeczna i bakterie

Celem projektu SESE, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, było zastosowanie tego modelu ewolucji społecznej do lepszego zrozumienia zachowania bakterii w organizmie. Aby dowiedzieć się, co tak naprawdę się dzieje, Griffin współpracowała z grupą mikrobiologów klinicznych. Na przestrzeni 10 lat próbki bakterii pobrano od grupy około 50 pacjentów. Dzięki temu Griffin mogła uchwycić zmianę zachowania bakterii na przestrzeni czasu. „Interesowało mnie również, czy nasze zrozumienie dynamiki społecznej może być przydatne w opracowywaniu nowych strategii przeciwko zakażeniom”, zauważa Griffin. „Polegałoby to na wzięciu na warsztat szczepu bakterii, który nie ma udziału w wydalaniu użytecznych związków, i poddania go modyfikacji genetycznej, aby nadać mu korzystne pod kątem medycznym cechy”.

Zastosowanie biologii ewolucyjnej do bakterii

Griffin udało się uzyskać szereg informacji na temat społecznych zachowań bakterii w długotrwałych zakażeniach i zidentyfikować ewolucyjne mechanizmy napędzające tę dynamikę. „Kluczowym spostrzeżeniem jest w tym przypadku to, że takie odkrycia są możliwe tylko wtedy, gdy połączymy biologię ewolucyjną z mikrobiologią”, dodaje Griffin. „Większość badań mikrobiologicznych prowadzi się dziś w laboratoriach, na bakteriach wyizolowanych ze środowiska, w którym żyją”. Griffin posługuje się analogią żyrafy, schwytanej celem przebadania przez grupę biologów z kosmosu, zamierzających zrozumieć życie na Ziemi poprzez badanie gatunków w izolacji. „Dla nich żyrafa – ze swoją długą szyją – nie miałaby sensu”, mówi. „Musieliby zobaczyć to zwierzę w Serengeti, zjadające liście z koron drzew”. Budowa żyrafy ma sens tylko, jeśli obserwujemy ją w jej środowisku. Podobnie jest z bakteriami, które zupełnie jak zwierzęta musiały dostosować się do warunków.Zapoczątkowanie tego nowego sposobu myślenia było kluczowym wkładem projektu SESE.

Nowe sposoby walki z zakażeniami

Poza rozwojem obszaru nauk podstawowych projekt SESE utorował także drogę do możliwości opracowania nowych rozwiązań medycznych. Zrozumienie zachowania bakterii może pewnego dnia pomóc naukowcom w lepszym zwalczaniu zakażeń. „Jedną ze strategii może być pomysł genetycznej modyfikacji pewnych komórek bakteryjnych, aby stały się mniej odporne na antybiotyki”, zauważa Griffin. „Dzięki temu moglibyśmy przestać polegać na produkcji kolejnych leków. Jest to jedna z możliwości, choć potrzeba jeszcze wiele pracy”.