Mogłoby się wydawać, że tak proste organizmy jak bakterie nie robią nic oprócz zwykłej wegetacji. Tyle tylko, że nawet zwykła wegetacja wymaga koordynacji, porozumiewania się i ostrzegania. Bakterie to wszystko potrafią? Oczywiście, że tak. I znacznie więcej.

Mikroorganizmy mają bardzo prostą budowę. Wyglądają jak pałeczki, czasem przypominają przecinek, kropki albo porozrzucane nitki makaronu. Taki niepozorny wygląd mógłby sugerować, że sposób ich życia nie jest zbyt skomplikowany. Nic bardziej mylnego! Te małe stworzenia niejednokrotnie zaskakują naukowców złożonością swoich zachowań. Jednym z największych fenomenów mikroświata jest tworzenie społeczności. W nich mikroorganizmy współpracują ze sobą, a w pewnych sytuacjach nawet giną dla dobra innych. Taki skomplikowany styl życia wymaga umiejętności komunikacji między członkami mikrorodziny. W jaki sposób to robią? Czy potrafią ze sobą rozmawiać?

Wiele zależy od tego, jak zdefiniujemy komunikację i porozumiewanie się. Wiadomo, że mikroorganizmy nie czytają „Pana Tadeusza” i nie biorą udziału w filozoficznych dysputach. Ale niejedna osoba mogłaby się szczerze zdziwić, dowiedziawszy się, jak zaawansowany system wymiany informacji funkcjonuje w świecie bakterii.

Zacznijmy od tego, jak zbudowane są mikroorganizmy. Ich komórki składają się z wielu cząsteczek. Najważniejszą jest DNA, czyli materiał genetyczny. To pewnego rodzaju książka kucharska, zawierająca przepisy na to, jak zbudować jedne z ważniejszych cegiełek tworzących organizmy żywe. Mowa oczywiście o białkach. Z nich oraz z cząsteczek tłuszczów jak z puzzli budowana jest biologiczna układanka. Tworzone są różne struktury wewnątrz komórki, a także otaczająca je powłoka zwana błoną komórkową. Na niej osadzona jest ściana komórkowa złożona z najróżniejszych cząsteczek. Niektóre z molekuł znajdujących się na powierzchni pełnią funkcję podobną do aparatu mowy, inne odpowiedzialne są za „słyszenie”.

Oczywiście, mówienie i słuchanie odbywa się inaczej niż u nas. W odróżnieniu od ludzi mikroorganizmy nie wypowiadają słów. Zamiast nich produkują niewielkie cząsteczki wyrzucane poza komórkę. To właśnie one niosą ważne dla społeczności informacje, które bakterie rozumieją w lot, a my musieliśmy się dopiero ich nauczyć. Niektóre z tych cząsteczek znaczą: „przestań rosnąć”, kolejne wyrażają komendę „komórki, rozrastajcie się”, a inne: „uwaga, zaraz skończy się nam jedzenie” albo „musisz oddać za nas życie”. „Mówienie” to jedno, ale „słuchanie” to inna historia. Komunikujące się mikroorganizmy mają molekularne „uszy” zwane receptorami. Znajdują się one na powierzchni komórki i także są cząsteczkami. Potrafią wyłapać wiadomość wśród mieszaniny innych cząsteczek i wymusić konkretne działania na mikroorganizmie.

Mimo tego, że drobnoustroje porozumiewają się od zawsze, pierwsze wypowiadane przez nie słowo zostało odczytane i zrozumiane dopiero w latach 70. ubiegłego wieku. Była to wiadomość wysłana przez bakterie o nazwie Vibrio harveyi. Komórki tego organizmu pływają swobodnie w toni mórz i oceanów. Można je też spotkać w jelitach morskich zwierząt, takich jak ostrygi, krewetki, homary czy koniki morskie. Tam właśnie na wzór morskich piratów czasami pokazują złowrogą naturę, powodując u swoich gospodarzy infekcję. Badania nad językiem tych mikropiratów rozpoczęły się, kiedy naukowcy zauważyli, że bakterie, żyjąc wewnątrz jakiegoś organizmu, zaczynają świecić. I wcale nie chodzi o oświetlanie sobie drogi w czeluściach układu pokarmowego swojego gospodarza. Okazało się, że taki sygnał wysyłany jest wtedy, kiedy komórki zaczynają rosnąć w bardzo dużym zagęszczeniu. Mówiąc kolokwialnie: kiedy mają zbyt ciasno. Po zbadaniu sytuacji naukowcy doszli do wniosku, że to ciekawe zachowanie bakterii pojawia się, gdy członkowie mikrospołeczności zrozumieją komunikat współtowarzyszy. Dalsze badania pozwoliły rozkodować jego treść. Brzmi ona: „za chwilę braknie nam pokarmu, zwolnijcie trochę”. Zapalenie „lampki” wygląda trochę jak wyświetlenie informacji: „przyjąłem, stosuję się do polecenia”.

Abstrakcja? Pewnie dla wielu tak. Takie rozmowy – w świecie bakterii – to standard. Zdolność do komunikowania się mają też „żyjątka” mieszkające w naszym ciele. Jednym z nich jest drożdżak Candida albicans. Ten mikroskopowy grzyb o białawych komórkach jest stałym lokatorem ciał ok. 70 proc. z nas. Zasiedlając naszą skórę, jelita oraz drogi rodne, korzysta z uprzejmości i raczej nie powoduje żadnych problemów dla naszego zdrowia. Sytuacja zmienia się, kiedy jesteśmy osłabieni albo właśnie zakończyliśmy antybiotykoterapię. Wtedy z pozoru miły mikroorganizm może nas zaatakować. Wówczas rozrasta się, tworząc skomplikowane społeczności zwane biofilmami. Wyglądają one jak pokaźne budowle ściśle upakowanych komórek, dodatkowo posklejanych różnymi substancjami, które wydzieliły drożdżaki. Dzięki architektonicznemu kunsztowi biofilmy odporne są na atak komórek układu odpornościowego, które próbują powstrzymać rozwijającą się infekcję. Struktury te są również mniej wrażliwe na antybiotyki niż pojedyncze komórki grzyba.

Tworzenie takiej budowli obronnej wymaga dobrej koordynacji współtowarzyszy. Komendy: „zacznij budować” i „pora skończyć” powinny być dobrze rozumiane, bo przecież każdy architektoniczny błąd może oznaczać zagładę kolonii. Candida albicans jest jednak przebiegła i świetnie daje sobie z tym radę. Nawet komenda mówiąca o zaprzestaniu budowania wcale nie oznacza kapitulacji. Koniec pracy w jednym miejscu może być sygnałem do przemieszczenia się komórek grzyba do nowych miejsc w naszym organizmie, co prowadzi do infekcji kolejnych narządów.

Zadziwiać może również zachowanie Streptococcus pneumoniae, bakterii, która w sprzyjających warunkach powoduje zapalenie płuc. Obserwując jej komórki, można zauważyć, że kiedy znajdą się w niekorzystnych warunkach środowiska, część z nich umiera. Czy dzieje się tak dlatego, że akurat te są najbardziej wrażliwe na pojawiające się uciążliwości? Okazało się, że nie. Ich śmierć jest wynikiem produkowania przez ich współtowarzyszy cząsteczki niosącej komunikat: „musisz zginąć”. Czy jest to bezsensowna śmierć? Z punktu widzenia całej społeczności bakterii – nie. Ofiara współbraci prowadzi do polepszenia sytuacji tych komórek, które przeżyły. Nie chodzi nawet o oszczędności w ilości dostępnego pożywienia. Z umierających bakterii wyciekają różne cząsteczki. Wśród nich znajduje się materiał genetyczny. Bakterie, które przeżyły, mogą wchłaniać go do swoich komórek i korzystać jak ze swojego. Dzięki temu mogą produkować dodatkowe cząsteczki białek o różnych funkcjach. Tym samym mają bogatsze zaplecze biologicznych narzędzi, a przez to sprawniej dostosowują się do nowych warunków środowiska.

Wiele słów wypowiadanych przez mikroorganizmy jesteśmy w stanie zrozumieć, ale dużo więcej pozostaje dla nas tajemnicą. Mikroorganizmy są wszędzie, żyją z nami i mają realny wpływ na nasze życie. Dlatego pomimo trudności w przyswajaniu tych mikrobiologicznych języków nie powinniśmy dać za wygraną. Przecież w każdym społeczeństwie najważniejsze jest zrozumienie między jego członkami.