Komunikacja międzykomórkowa u bakterii
Bakteria śluzowa Myxococcus xanthus wykazuje różne formy samoorganizacji w odpowiedzi na wskazówki ze środowiska. Projekt MICROBIAL SENSING (Dissecting new mechanisms of bacterial cell-to-cell communication) obejmował badania na M. xanthus jako organizmie modelowym w celu oceny roli układu zmysłowego, tzw. systemu chemosensorycznego (CSS), w komunikacji międzykomórkowej i tworzeniu ciał owocowych. Badacze opisali wszystkie CSS u M. xanthus i stwierdzili, że u bakterii występuje 8 domniemanych CSS i 21 chemoreceptorów. Poprzez systematyczną delecję genów kodujących komponenty i chemoreceptory można było poznać ich wpływ na zachowania społeczne M. xanthus. Filogenetyka, mikroskopia fluorescencyjna i oznaczenia oddziaływań białko-białko pomogły zidentyfikować duży moduł chemosensoryczny tworzony przez trzy oddziałujące ze sobą CSS i liczne chemoreceptory. Stwierdzono też, że złożone zachowania, takie jak ruchliwość grupowa i tworzenie biofilmu, wymagają aparatu regulatorowego składającego się z licznych, wzajemnie połączonych układów. Bardziej dogłębna analiza M. xanthus ujawniła, że białko FrzB spełnia zaskakującą rolę: przekazuje sygnały do Frz cytoplazmatycznego CSS. Naukowcy odkryli też, że cytoplazmatyczny chemoreceptor FrzCD tworzy zbitki białkowe, wiążąc się z bakteryjnym nukleoidem poprzez N-końcową domenę białkową, podobną do tej obserwowanej w histonach eukariontów. Ponadto podczas podziałów komórki zbitki nie są dzielone po równo pomiędzy dwie komórki potomne, przez co występuje zmienność liczby zbitek FrzCD w komórkach danej populacji bakteryjnej. Ta zmienność dotycząca zbitek generuje szum fenotypowy, który jest istotny dla zachowań społecznych M. xanthus. Szum fenotypowy jest ważny dla bakterii, ponieważ dzięki temu wyspecjalizowane komórki trafiają w odpowiednie do oczekiwanych zmian środowiska położenie. Może być spowodowany przez różne czynniki, w tym zmienność aktywności poszczególnych komórek, zmienność aktywności metabolicznej między komórkami lub fluktuacje poziomu sygnału zewnętrznego. Projekt pokazał po raz pierwszy, że szum fenotypowy może też pochodzić z losowych zdarzeń o nierównej segregacji. Zaproponowano funkcję bakteryjnego nukleoidu w organizacji CSS i generowaniu szumu fenotypowego, dzięki czemu projekt otwiera nowe perspektywy na ich rolę w funkcjonowaniu komórek bakteryjnych. Tym samym projekt MICROBIAL SENSING dostarczył nowej wiedzy o komunikacji między komórkami M. xanthus i postrzeganiu środowiska z użyciem CSS, co pomoże w identyfikacji nowych celów antybiotyków i leczeniu zakażeń bakteriami tworzącymi biofilm. Projekt wniósł też istotny wkład w badania nad społecznościami bakteryjnymi, ukazując związek między architekturą komórki bakteryjnej, strukturą czynnościową kompleksów transdukcji sygnału i zachowaniem komórek.
Słowa kluczowe
Biofilm, ciała owocowe, Myxococcus xanthus, MICROBIAL SENSING, systemy chemosensoryczne, chemoreceptory, nukleoid, szum fenotypowy, N-końcowa domena białkowa