21 februari 2014

Quorum Sensing - Litet språk av stor betydelse

Vetenskapen går bara framåt och framåt. Nu har man kommit på att bakterier kan prata med varandra och att kommunikationen dem emellan är anledningen till deras framgång. Bakterier har ju överlevt på jorden i flera millijoner år och man spekulerar i hur vida detta språk även kan vara nyckeln till hur mer komplexa livsformer, som exempelvis vi, kunnat utvecklas.


Varför skriver då jag om detta? Jo, det är min sanna övertygelse att kännedom här om hjälper oss att se mekanismerna bakom de sjukdomsutbrott och epidemier som drabbar våra dammar. Quorum Sensing, förklarar dels varför pyttesmå organismer plötsligt kan bli till enorma monster men ger oss också svaret på hur vi ska bemästra dem. Vi måste se faran, lära oss språket, blanda oss i kommunikationen och ta kontrollen.

Quorum Sensing är ett kemiskt språk. Kommunikationen sker med hjälp av molekyler som skickas ut i omgivningen. Vitsen är att en liten organism ska kunna känna av hur många artfränder som finns i närheten. Ensam kan den inte göra så stor skillnad på sin omgivning. Massor av små organismer däremot, kan tillsammans bli till något mycket större och därmed få en helt annan genomslagskraft. Därav namnet Quorum Sensing, förkortat QS. Ordet 'Quorum' med betydelsen beslutsmässighet som refererar till minsta antalet deltagare i ett möte, för att beslut ska kunna fattas. 'Sensing' är lika med känsel, bakteriernas sätt att känna om de är tillräckligt många för att gå till verket!


Quorum Sensing förklarar varför helt vanliga, harmlösa bakterier, plötsligt kan konvertera till att bli aggressiva och virulenta. Bilden visar tydligt varför ett för högt bakterietryck, förr eller senare, leder till angrepp på våra fiskar. Ju mer bakterier ju högre blir koncentrationen av signalmolekyler. Signalmolekylerna tas upp av receptorer som sedan förändrar bakteriens DNA. Det är detta man också tror ligger till grund för hur stamceller i ett embryo, kan omvandlas till de olika celler som sedan bygger kroppen.


Bioluminiscence, bioljus, är ljus
 producerat av levande organismer
Idén att bakterier kan kommunicera med varandra kläcktes av J.W. Hastings på tidigt 50-tal när han började forska kring bioluminiscence. Hastings upptäckte att det var bakterier som var orsaken till att vissa djur kan lysa. Han kom också på att bakterierna tändes och släcktes beroende på population. Enstaka bakterier gav aldrig ljus ifrån sig, men tilläts de växa till en större mängd, började plötsligt alla lysa. Det föreföll sig ganska självklart att det måste finnas någon typ av kommunikation som talar om när antalet är rätt för att tända.
Hastings teori om ett kemiskt språk blev dock inte allmänt accepterat förrän 1990, efter att man lyckats identifiera de speciella molekyler som styr bakteriernas beteende. Det har alltså varit känt ett tag men det är kanske först nu, som vi börjar se resultaten av all den forskning som skett sedan dess. Man vet idag att det inte bara är lysande bakterier som pratar. Alla bakterier man tittat närmre på har ett språk. De kan kommunicera inom sin egen art men även känna av hur många som finns av andra. Bakterier kan med hjälp av QS bygga upp hela samhällen, i form av biofilm, där de tillsammans fungerar som en enda stor organism. Biofilm kan rent av vara en sorts förlaga till större flercelliga organismer som vi.

Formation av biofilm är ett sätt för bakterier att skydda sig från andra organismer och toxiner som kan hota deras existens. Biofilm fungerar även som en 'högtalare' till de bakterier som etablerat sig där. Koncentrationerna av signalmolekyler ökar snabbt om deras spridning begränsas av en biofilm. Patogena bakterier utnyttjar biofilm för att gömma sig undan från immunförsvar och antibiotika. Man kan idag härleda många kroniska sjukdomar till just biofilm, vilket ger hopp om att vi i framtiden ska kunna bota dem.

Tetrahymena är en vanligt
förekommande ciliat i jord och
vatten, som man tror använder
QS i sin strategi för överlevnad.
När förhållandena är goda och
populationen ökar, ökar också
antalet ciliater som övergår i
en inkapslad, vilande form.
Lite som att sätta pengar på banken
om utifall tiderna blir sämre.
Patogena bakterier använder QS för att strategiskt ta sig förbi sin värds immunförsvar, gå till samlad attack och sedan undkomma för att åter kunna infektera igen. De har utvecklat flera olika signalmolekyler som styr deras virulens och bildande av biofilm. Forskningen nu är mycket inriktad på att identifiera och rekonstruera dessa molekyler. Visionen är att få fram ny antibiotika, som istället för att döda bakterierna, styr dem att göra det vi vill. Probiotika är ett annat sätt, där man med hjälp av goda bakterier konkurrerar ut de som är opertunistiska och patogena. Särskilt inom aquakultur forskas mycket kring probiotika och hur man kan använda nyttiga mikroorganismer till att förebygga sjukdomar i fiskodlingar.
QS har öppnat upp för massor av möjligheter inom framför allt medicin. Nya upptäckter görs hela tiden. Man har funnit att alger, insekter och parasiter har liknande system för att koordinera sig. För oss koiägare är QS en verifikation på vad vi redan vet om att förebygga sjukdom på fiskar. Våra dammar är slutna system och har alla förutsättningar att bli riktiga paradis för patogener. När man vet hur QS fungerar, blir det bara så uppenbart, att vi måste hålla rent, byta tillräckligt med vatten, anpassa belastningen och undvika stress, om våra fiskars hälsa inte ska hänga i en skör tråd.


Bilderna är hämtade från;
http://www.advancedhealing.com/quorum-sensing-and-biofilm/
http://labs.mcb.harvard.edu/hastings/dino.html
http://mpkb.org/home/pathogenesis/microbiota/biofilm


Inga kommentarer:

Skicka en kommentar