Ligesom mennesker lever bakterier sammen i samfund, nogle gange giver de en hånd - eller i tilfælde af bakterier, en metabolit eller to - for at hjælpe deres naboer med at trives. At forstå, hvordan bakterier interagerer, er afgørende for at løse voksende problemer såsom antibiotikaresistens, hvor smitsomme bakterier danner forsvar for at modvirke den medicin, der bruges til at bekæmpe dem.
Nu har forskere ved University of Delaware opdaget, at bakterier gør mere end bare at arbejde sammen. Bakterieceller fra forskellige arter kan kombineres til unikke hybridceller ved at fusionere deres cellevægge og membraner og dele cellulært indhold, herunder proteiner og ribonukleinsyre (RNA), de molekyler, der regulerer genekspression og kontrollerer cellemetabolisme. Med andre ord udveksler organismerne materiale og mister en del af deres egen identitet i processen.
Denne hidtil usete observation, som blev rapporteret tirsdag den 1. september i mBio, et tidsskrift fra American Society for Microbiology, har potentialet til at kaste lys over uforklarlige fænomener, der påvirker menneskers sundhed, energiforskning, bioteknologi og mere.
Forskerholdet, ledet af Eleftherios (Terry) Papoutsakis, Unidel Eugene Du Pont-formand for kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab, undersøgte interaktioner mellem Clostridium ljungdahlii og C. acetobutylicum. Disse arter af bakterier arbejder sammen i et syntrofisk system og producerer metabolitter, der er gensidigt gavnlige for hinandens overlevelse.
Teamet fandt ud af, at C. ljungdahlii invaderer C. acetobutylicum. De to organismer kombinerer cellevægge og membraner og udveksler proteiner og RNA for at danne hybridceller, hvoraf nogle fortsætter med at dele sig og faktisk differentieres til det karakteristiske sporulationsprogram.
"De blander deres maskineri for at overleve eller lave stofskifte, og det er lidt ekstraordinært, fordi vi altid har antaget, at hver eneste organisme har sin egen uafhængige identitet og maskineri," sagde Papoutsakis.
Tidligere har forskere observeret, at bakterier kunne udveksle noget materiale gennem nanorør. Kombinationen til hybridceller var uventet.
"Det er første gang, vi har vist dette i denne bakterie, og det er også en ny mekanisme for, hvordan materiale udveksles," sagde Kamil Charubin, en doktorgradsstuderende i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab og førsteforfatter af papir.
Selv om dette fænomen med mikrobiel fusion mellem arter nu rapporteres for første gang, er det sandsynligvis allestedsnærværende i naturen blandt mange bakteriepar.
Så hvorfor gider bakterier at smelte sammen? Det enkle svar er sandsynligvis, fordi denne proces gør det muligt for mikroberne at dele maskineri, der vil øge deres chancer for at overleve.
For eksempel kan nogle patogene bakterier - dem, der kan forårsage sygdom - låne proteiner fra andre antibiotika-resistente bakterier for at styrke deres egen resistens. Nogle bakterier kan låne maskiner fra andre for at undgå at blive opdaget af immunsystemet. Dette kan også være med til at forklare, hvorfor nogle bakterier er svære at dyrke eller dyrke til undersøgelse eller medicinske diagnostiske formål. Disse bakterier, der er svære at dyrke, kan kombineres med eller arbejde med og være afhængige af andre mikroorganismer for deres eksistens i stedet for at vokse og formere sig af sig selv.
Holdets resultater kan påvirke forståelsen af biologiens udvikling, fordi når bakteriearter deler maskineri, kan de udvikle sig sammen i stedet for kun at udvikle sig på egen hånd, sagde Papoutsakis.
"Disse resultater vil guide ny tænkning inden for ikke blot området for mikrobiel evolution, men også mod bioteknologiske løsninger, der kan gavne soldaten," sagde Dr. Robert Kokoska, programleder, Army Research Office (ARO), en element af U. S. Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory. "Disse omfatter undersøgelser af, hvordan det menneskelige mikrobiom former soldaters menneskers sundhed og kognition, og hvordan mikrobielle samfund kan designes bedre til en bred vifte af fremskridt, herunder strategier for pålidelig biologisk sansning i felten, affaldssanering og nye metoder til biosyntese."
