Bacteriile comunică ca şi neuronii din creierul uman

Într-un nou studiu publicat în revista Nature se arată că bacteriile comunică între ele prin semnale electrice ca şi neuronii din creierul uman.

„Bacteriile care trăiesc în comunităţi comunică între ele prin semnale electrice cu ajutorul unor proteine ​denumite „canale de ioni”, a explicat Dr. Gurol Suel de la University of California San Diego, autorul principal al studiului.

„Descoperirea noastră schimbă modul în care înţelegem bacteriile şi chiar creierul uman. Toate simţurile noastre, comportamentul și inteligența se bazează pe comunicarea între neuronii din creier prin semnale electrice mediate de canale ionice. În prezent am aflat că bacteriile folosesc canale similare de ioni pentru a comunica și pentru a-și rezolva problemele metabolice”, a adăugat el.

Descoperirea sugerează că tulburările neurologice care sunt declanșate de stresul metabolic pot avea origini bacteriene și această constatare oferă o nouă perspectivă cu privire la modul cum pot fi tratate aceste afecţiuni.

„Înţelegerea semnalelor electrice din creierul nostru se bazează pe studiile structurale ale canalelor ionice bacteriene”, a declarat Dr. Suel.

Modul în care bacteriile folosesc aceste canale de ioni a rămas un mister până când oamenii de ştiinţă au examinat comunicarea pe distanţă mare din cadrul biofilmelor, comunități cuprinzând milioane de bacterii.

Cercetătorii au descoperit că atunci când un biofilm compus din celule bacteriene Bacillus subtilis creşte până la o anumită mărime, acesta evoluează în mod ciclic astfel încât bacteriile de la periferie care au acces nelimitat la nutrienți să permită accesul acestora (în special glutamatul) în centrul biofilmului.

Bacillus subtilis. Credit: Josef Reischig / CC BY-SA 3.0.

În acest fel, bacteriile protejate din centrul coloniei sunt menţinute în viață și ele pot supraviețui acţiunii antibioticelor.

Dându-și seama că variaţia mărimii biofilmelor necesită o coordonare pe o distanţă mare între bacteriile de la periferie și cele din interiorul biofilmului şi că bacteriile se află într-o competiție pentru glutamat, o moleculă încărcată electric, cercetătorii au presupus că coordonarea metabolică între cele mai îndepărtate celule din biofilme ar putea implica o formă de comunicare electrochimică.

Oamenii de ştiinţă au proiectat un experiment pentru a testa ipoteza lor. Obiectivul a fost acela de a măsura cu atenție variaţia potențialului membranei celulare în timpul oscilațiilor metabolice.

Cercetătorii au observat că variaţiile potențialului de membrană corespund unor variaţii de creștere a biofilmelor, iar canalele de ioni au fost responsabile pentru aceste schimbări în potențialul de membrană.

„La fel ca neuronii din creierul uman, am constatat că bacteriile folosesc canale de ioni pentru a comunica între ele prin semnale electrice. Coloniile de bacterii din cadrul biofilmelor par să funcţioneze mai mult ca un „creier microbian”.

Mecanismul specific prin care bacteriile comunică între ele este surprinzător de similar cu un proces din creierul uman cunoscut sub numele de „expansiunea depresiei corticale” despre care se crede că este implicat în apariţia migrenelor şi a convulsiilor.

„Am descoperit că atât migrenele, cât şi semnalele electrice în bacterii sunt declanşate de stresul metabolic”, a declarat Dr. Suel.

„Acest lucru sugerează că multe medicamente care au fost create inițial pentru epilepsie și migrene pot fi, de asemenea, eficiente în atacul asupra biofilmelor bacteriene care au devenit o problemă de sănătate tot mai răspândită din cauza rezistenței lor la antibiotice”.