V današnjem ZbritOFFu predstavljamo raziskavo, v kateri je izraelska raziskovalna skupina poskusila določiti presnovne in molekularne vzroke, zakaj komenzálna bakterija, ki živi na površju alge Emiliána huxleyi, postane njen patogen.

Komenzálizem je oblika simbioze dveh organizmov, v kateri ima organizem, ki živi na ali v drugem organizmu, korist, vendar mu ne škoduje. V spremenjenih razmerah pa se neškodljivi odnos komenzálizma pogosto sprevrne v patogenost. Raziskovalna skupina iz Izraela je na modelu fítoplanktona – alge Emiliána huxleyi – in njenega komenzála – bakterijskega seva Sulfítobácter D7 – raziskovala molekularne ter presnovne vzroke, zaradi katerih bakterija preklopi v patogeno stanje.

V vzajemnem simbiotskem odnosu alga Emiliána huxleyi bakteriji priskrbi organske snovi, denimo sladkorje, aminokisline, sulfonáte, poliamíne. Sulfítobácter pa alge v zameno preskrbi z esencialnimi vitamini B in rastnimi faktorji. Pretekle raziskave so potrdile, da se vzajemni odnos med organizmoma prekine v trenutku, ko alge dosežejo stacionárno fazo rasti. Gre za fazo, ki sledi eksponêntni fazi razmnoževanja, v kateri se zaradi pomanjkanja hranil in kopičenja presnovnih produktov število celic v populáciji več ne spreminja. Pomembna pretekla ugotovitev pa je tudi, da alge v stacionárni fazi sproščajo molekule dimetílsulfónijevega propionáta ali krajše DMSP-ja.

Da bi ugotovila, kako na spremembo obnašanja Sulfítobácter vpliva molekula DMSP-ja in morebitni drugi álgni metaboliti, je raziskovalna skupina opravila transkríptomsko analizo. Bakterije so najprej 24 ur gojili v različnih gojiščih ob in brez prisotnosti alg v različnih rastnih fazah ter z ali brez dimetílsulfónijevega propionáta. Nato so opravili analizo prepisane RNK in identificirali gene, ki so povezani s patogenostjo ter odzivom na DMSP. Raziskovalke in raziskovalci so primerjali transkríptomski profil v obeh stanjih. Zanimalo jih je, kateri geni Sulfítobácter izraža v stanju komenzálizma ter stanju patogenosti.

Rezultati raziskave so pokazali, da je prisotnost DMSP-ja nujna za preklop v patogenost, vendar pa ni tudi že zadosten pogoj. V gojiščih brez ostalih álgnih metabolitov zgolj DMSP ni sprožil prehoda v patogenost. Raziskovalna skupina je zato zaključila, da je za prehod nujna prisotnost še vsaj enega álgnega metabolita. Za dokončno določitev tega bo seveda potrebnih še več raziskav. Je pa transkríptomska analiza razkrila, da je patogeni Sulfítobácter bolj metabolno aktiven, saj použije sproščene organske snovi odmirajoče alge. 

Po drugi strani pa je transkríptomski profil komenzálnega stanja Sulfítobácter razkril, da je bilo v gojiščih z algami močno povečano izražanje genov za razgradnjo benzoáta. Raziskovalna skupina je zato opravila še serijo poskusov, v katerih so spremljali vpliv algnih metabolitov na rast Sulfítobácter D7. Najprej so primerjali rast Sulfítobácter na benzoátu in drugih virih ogljika. Nato so merili, koliko benzoáta sintetizirajo alge ter v kolikšni meri ga uspejo izrabiti Sulfítobácter in njemu sorodne bakterije. Nazadnje so primerjali še vpliv obeh algnih metabolitov, torej benzoáta in prej omenjenega dímetílsulfónijevega propionáta na patogeno stanje bakterije.

Izsledki raziskave so pokazali, da bakterija Sulfítobácter D7 v primerjavi z ostalimi bakterijami benzoát izrablja kot prednostni vir hranil. Raziskovalna skupina zato sklepa, da je prav benzoát razlog za vrstno specifično interakcijo med algo Emiliána huxleyi in bakterijo Sulfítobácter D7. Predlagana zaključna hipoteza raziskave je, da je, dokler se alge pomnožujejo, benzoáta dovolj. Ko pa preidejo v stacionarno fazo, se njegova izmenjava ustavi, kar bakterija seveda zazna. Dovoljšna koncentracija benzoáta omeji vpliv DMSP-ja, z zmanjšanjem njegove koncentracije pa se sproži prehod v patogeno fazo. Na ta način si bakterija s sintezo algicídov in hranili odmirajoče alge zagotovi dovolj snovi za nadaljnje preživetje.

Vir slike: WIkimedia Commons