Бактериальные биопленки

Внешний мир подвергает человека различным опасностям. Смерчи, ураганы, наводнения могут помешать нашему выживанию. Тысячи лет назад люди поняли, что они могли бы лучше выжить в опасном мире, если объединяться в сообщества. Жители общины живут рядом друг с другом, создают убежища, ограждают место проживания прочным забором. Логично и правильно.
Ничего удивительного, что бактерии также научились объединяться для выживания.
О том, как одноклеточные амебы способны формировать простейший многоклеточный организм, уже писал.
Теперь речь пойдет о биопленках. Представим ассоциацию микроорганизмов, в которых микробные клетки прилипают друг к другу, находясь внутри созданной ими самими же матрицы из внеклеточного полимерного вещества. По данным National Institutes of Health (NIH), около 65% всех микробных инфекций и 80% всех хронических инфекций связаны с биопленками.

Бактериальная клетка имеет два режима роста — планктонная клетка и стабильный агрегат. Во втором случае как раз и идет речь о бактериальной биопленке.
Впервые такое образование описывал голландский исследователь Антони ван Левенгук, который наблюдал подобный конгломерат с помощью микроскопа на поверхности зуба. Термин «биопленка» в 1978 году предложил Костертон.
Архитектура биопленок довольно сложна, трехмерна и состоит из двух основных компонентов: жидкостного канала для транспортировки питательных веществ и области с плотно прилегающими клетками без видимых пор. Ряд авторов рассматривает бактериальную биопленку как примитивный многоклеточный организм.

Этапы формирования бактериальной биопленки

1. Прикрепление. Бактерии достигают некоторой поверхности, прикрепляются к ней и к соседним микробам. Бактерия-пионер, первый бактериальный колонист, прикрепляется к субстрату непрочно, но вырабатывает вещества, облегчающие прикрепление других бактерий. Преимущества на данном этапе имеют бактерии, имеющие жгутики, фимбрии, адгезивные полисахариды.

2. Формирование микроколоний. Если бактерия почувствует, что она окружена плотной популяцией других таких же бактерий, она более склонна к их объединению и формированию биопленки. Внутри конгломерата бактерии «общаются» при помощи химических сигналов. Этот механизм назван «quorum sensing», или «чувство кворума», «чувство большинства». Суть этого механизма — скопление бактерий способно координировать свое поведение за счет выделения молекулярных сигналов.

Впервые чувство кворума наблюдалось у бактерии Vibrio fischeri, биолюминесцентной бактерии. Она живет как симбионт в световых органах одного из видов глубоководных кальмаров. Когда эти бактерии живут свободно, они не люминесцируют. В световом органе кальмара они чрезвычайно сконцентрированы и в них активируются гены, приводящие к биолюминесценции.
Сигнальные молекулы (химическая азбука) назвали автоиндукторами. По последним данным, общение бактерий и регулировка происходит не только внутри вида, но и между различными видами бактерий.

3. Формирование и созревание трехмерных структур. В скоплении бактерий формируются водные каналы для распределения питательных веществ. Это как городок, где вместо домиков — бактериальные клетки, разделенные улочками — водными каналами. Причем взаимодействие микроорганизмов очень сложное. Происходит распределение питательных веществ между представителями биопленки. Сосед готов помочь соседу без капли эгоизма.

4. Отслойка. Иногда этот этап ученые называют swarming biofilms. Или» роение» биопленки. Действительно — похоже. Исследователи обнаружили, что после формирования биопленки, возникает постоянный запрограммированный отрыв бактериальных клеток.

Биопленки образуют практически все микроорганизмы на биологических и инертных поверхностях.

Важные факты о бактериальных биопленках

Заключение

Наводит на мысль тот факт, что бактерии могут «общаться» между различными видами. И если учесть, что в нашей толстой кишке проживает более 450 видов микробов (12000 различных штаммов, причем у каждого свой «комплект»), общим весом 3 кг, то не исключено, что этот микробиом ведет себя скординированный организм. Такой вот «мозг». К тому же установлено (пока эксперимент на мышах), что этот микробиом может влиять на пищевое поведение мышей. Проще говоря, бактериальный коллектив командует мышкой, что ей скушать…

---