Student World

Věděli jste, že bakterie mohou a přirozeně tvoří mnohobuněčná těla, mají-li k tomu příhodně podmínky? Samozřejmě že ano, bakterie přece tvoří nejrůznější makroskopické struktury jako stromatolity, krusty, filmy. Jediná bakteriální buňka dává vzniknout i několikacentimetrové „kolonii“, ale ve skutečnosti o bakteriích nesmýšlíme jako o mnohobuněčných organismech.

Je pravda, že specifické morfologii bakteriálních makroskopických útvarů se zatím mnoho pozornosti ve vědeckých článcích nevěnuje. Dosavadní výzkumy se převážně omezovaly na studium v „suspenzi“, kde k tvorbě prostorových, druhově-specifických struktur nedochází. Na katedře filosofie a dějin přírodních věd PřF UK dává tým vedený doc. A. Markošem přednost kultivaci a studiu morfologie bakteriálních makrostruktur na Petriho misce, „on the dish“. Jedná se o pokusy zaměřené na objasnění základních principů identity a interakce na modelu příbuzných a nepříbuzných bakteriálních kmenů rostoucích buď axenicky tzn. v čisté kultuře, nebo gnotobioticky tedy s kolegou či konkurentem. V případě jednoduchých organismů jako jsou bakteriální kolonie, není nutné provádět složitou genovou analýzu, abychom odlišili oba partnery – jednoduše sledujeme podoby, jako je např. barva, tvar kolonie, její ultrastrukturní textura.

Studie pojímá bakterie jako primárně mnohobuněčné organismy, které v průběhu svého růstu prodělávají ontogenezi s citlivými „embryonálními“ stádii, a které spějí k utvoření jedince vnímajícího a jednajícího. Bakteriální konsorcia složená často ze stovek druhů obývají každý kousek země včetně našich střev a někdy jsou dokonce nutné při ontogenezi specializovaných orgánů (jako např. sépie a kmen Vibrio, rhizobiální bakterie a hlízky), porozumění jejich světu znamená porozumět nejdůležitějším živým tvorům na Zemi, tedy prokaryotům. Axenická a gnotobiotická uspořádání dovolují studovat vztahy, které by při studiu mnohem složitějších přírodních konsorcií zůstaly skryty.

Podstatou pokusu je využití dvou příbuzných kmenů bakterie Serratia a jednoho nepříbuzného, v tomto případě E. coli. V „čisté“, axenické kultuře vytváří první kmen Serratia typickou rosolovitou kopuli – kolonii – v bílé nebo červené variantě (značeno W a R), druhý kmen Serratie tvoří obdobnou strukturu jako první, ale s přidaným vnějším kruhem; značí se písmenem F jako fontánka. Následuje řada srovnávacích pokusů, kdy se testovala reakce dvou kmenů, rostou-li ve vzájemné blízkosti. Studovaly se i chiméry, tedy konsorcium dvou bakteriálních kmenů vrostlých do jedné struktury. Důležitou roli hrálo i stáří kolonie před příchodem partnerské bakterie a jejich vzájemná vzdálenost. Mezi důležité atributy pokusu patří ultrastrukturní reakce na přítomnost partnera stejně jako makroskopický zápas případně spolupráce dvou kolonií.

A co z pokusů vyplývá? Obecně se nelze ubránit dojmu, že mnohobuněčné bakteriální konsorcium se chová jako individuum ve smyslu, jakým jsme zvyklí uvažovat o všech vyšších organismech: Když je kolonie mladá, je velmi citlivá vůči cizím vlivům a snadno podléhá útokům ostatních kolonií (bakterie se omezují prostě na přerůstání svých soků). „Dospělá“ kolonie (počínaje okolo 3. dne pokusu) aktivně zkoumá své okolí pomocí jakýchsi průzkumnických buněk na samém okraji a náležitě podle toho „jedná.“ Narazí-li tyto buňky na cizí bakteriální kmen, změní se celkový habitus; kolonie jedná jako jedinec, jehož jednotlivé části podléhají centrální kontrole, a to přitom bez jakýchkoliv zjevných komunikačních drah.

Celkově lze rozlišit několik úrovní interakcí dvou bakteriálních kmenů od zjevné konkurence, přes různé formy dočasné či trvalé koexistence, až po jakýsi závislý svazek kdy jedna bakterie usnadňuje a vůbec umožňuje růst bakterie druhé (konkrétně v případě růstu na chudém médiu, kdy se takový vztah teprve projeví). Důležité je, že každá linie se i v rámci chimérického konsorcia snaží zachovat svou „identitu“, tedy vyjmeme-li buňku z chiméry, roste dále jako čistá linie s typickým habitem. Na modelu zkoumaných bakteriálních kmenů lze danou operaci provést snadno: jednotlivé kultury si podrží charakteristické rysy jako např. červenou barvu i ve smíšeném konsorciu. Zajímavým faktem je, že pokud chiméra vroste svým okrajem na vhodné médium, vyšle „ramety“ kolonistů tvořené čistými kulturami. Chiméra je pak bakteriální struktura, která vzniká v gnotobiotických podmínkách, kdy bakterie nemůže vytvořit makroskopické druhově-specifické tělo z důvodu omezenosti prostoru, přítomnosti či nepřítomnosti jiných kmenů a úživnosti substrátu. Tyto vlastnosti nám jako pozorovatelům zůstávají skryty právě proto, že drtivá většina bakterií žije v chimérických konsorciích bez možnosti ukázat svou pravou „tvář“. Na rozdíl od živočichů však nejsou na mnohobuněčných tělech závislé a dokáží se reprodukovat i solitérně, přesto je tato snaha po axenickém bakteriálním „květu“ něčím přirozeným a automatickým, pokud jsou k tomu vhodné podmínky.

Modelové pokusy na tak jednoduché úrovni, jakou jsou bakteriální konsorcia, umožňují formulovat jisté hypotézy ohledně povahy živých organismů obecně. Předně není nikdy možné uvažovat o jednotlivci mimo působení jeho vnějšku. Živočichové vstupují v nespočet vzájemných interakcí a hrají spolu pomyslnou hru „kámen nůžky papír.“ Jak bylo zmíněno, jednotlivci se mohou navzájem mísit, podporovat nebo vylučovat. Čerstvě dospělý jedinec vrůstá do biosféry a ona do něj, doslova: mikrobiální symbionti vyšších organismů, bachořci nebo mykorhiza u rostlin představují nejkřiklavější příklady poukazující na obecný trend.

Aby však bylo možné uvažovat o jedinci, je nutné, aby byl nejprve dokončen vývoj těla, jakési jednotky biologické hry. Všechny mnohobuněčné organismy (snad krom hlenek) vynakládají značné úsilí, aby ochránily vyvíjející se zárodek před vnějšími a to zejména biogenními vlivy. Embryogeneze je tedy dalším obecným pravidlem a představuje mechanismus realizace „plánu těla.“ Bakteriální kolonie se tedy vyvíjí analogicky embryu vyšších organismů, na rozdíl od nich však v drtivé většině případů nedobrovolně rostou v chimérách, proto svou „skutečnou“ podobu projevují jen ve výjimečných případech (puklá zralá hruška například, nebo povrch smetany či zavařeniny).

Pátková, Irena; Čepl, Jaroslav J.; Rieger, Tomáš; Blahůšková, Anna; Neubauer, Zdeněk; Markoš, Anton, Developmental plasticity of bacterial colonies and consortia in germ-free and gnotobiotic settings, BMC Microbiology, vol.12, Charles Univ Prague, Fac Sci, Dept Philosophy & Hist Sci, CR-12844 Prague 2, Czech Republic.

Zpracoval: Jakub Zelený

Převzato z popularizační rubriky Přírodovědecké fakulty UK Praha

autor