Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Ma Pani Profesor swoją ulubioną bakterię?

Wracam myślami do mojego pobytu w Danii, gdzie z kolegami z Uniwersytetu Śląskiego pracowaliśmy na bakterii Haemophilus parainfluenzae. Jest ona hodowana na podłożu o nazwie agar czekoladowy. Jestem „czokoholiczką” i płytka Petriego pokryta tą pożywką rzeczywiście wyglądała, jakby była zalana czekoladą. Mam ogromny sentyment do tych bakterii, bo były jednymi z pierwszych, na których pracowałam. W tej chwili prowadzę badania głównie na bakteriach przemian azotowych.

Bakterie kojarzą się raczej z czymś potencjalnie groźnym, w końcu wywołują wiele chorób. Jednocześnie odgrywają też ważną rolę w środowisku przyrodniczym, a także w naszym organizmie. Powinniśmy zatem traktować je bardziej jako naszych wrogów czy sprzymierzeńców?

Należałoby założyć, że potencjalnie każda bakteria jest patogeniczna, choć te naprawdę niebezpieczne stanowią ułamek całego świata mikrobiologicznego. Nawet chorobotwórcze mikroorganizmy można jednak wykorzystywać do naszych celów, chociażby w badaniach medycznych. Większość bakterii, szczególnie środowiskowych, ma wartościowe cechy z punktu widzenia biotechnologii czy mikrobiologii środowiskowej i warto z nimi współpracować. Dzięki nim możemy oczyszczać środowisko albo pozyskiwać użyteczne metabolity. My sami jesteśmy właściwie pokryci bakteriami. Od samego początku naszego życia, już podczas porodu, przeciskając się na ten świat, zbieramy przy okazji mikroorganizmy od naszej mamy. Ten mikrobiom, który znajduje się w naszych jelitach lub na naszym naskórku, to mikroorganizmy, które mają za zadanie m.in. chronić nas przed inwazją bakterii patogenicznych. Gdybyśmy nie robili sobie krzywdy, ten zróżnicowany mikrobiom mógłby z nami funkcjonować do końca życia i byłby naszym świetnym obrońcą. Tyle tylko, że człowiek powyżej trzeciego roku życia już zaczyna lubić takie rzeczy, jak czipsy czy napoje gazowane. O zdrowy mikrobiom w naszych jelitach dbamy, kiedy nie nadużywamy leków, odpowiednio się odżywiamy, wysypiamy, zażywamy ruchu. On korzysta z tego, że się o niego troszczymy, dzięki temu on troszczy się o nas. Jest to takie „kółko wzajemnej adoracji”. Generalnie więc bakterie są naszymi sprzymierzeńcami.

Nieprawidłowa dieta i niezdrowy tryb życia mogą zaszkodzić naszemu mikrobiomowi. Czy jednak nie krzywdzimy go też przez zbyt sterylne otoczenie, nadużywając płynów do dezynfekcji, specjalnych mydeł i środków czystości mających zwalczać drobnoustroje w naszych domach i miejscach pracy?

Jeżeli przesadzamy w czymkolwiek, to jest źle i to samo dotyczy nadmiernego używania preparatów do dezynfekcji. Mamy tendencję, by zamiast zwykłego mydła używać antybakteryjnego albo z jakimiś jonami srebra czy złota. Bakterie jako organizmy żywe reagują na każdą naszą akcję poprzez nabywanie odporności na różnego rodzaju preparaty. Tak jest też w przypadku antybiotyków. Coraz więcej żyjących w środowisku mikroorganizmów uodparnia się na liczne substancje i przekazuje taką informację dalej wraz z materiałem genetycznym (przekazywanym przez bakterie za pomocą tzw. horyzontalnego transferu genów, czyli przenoszeniu ich „w grupie koleżeńskiej”). Tym sposobem tworzymy sobie ogromną armię mikroorganizmów niewrażliwych na bardzo wiele substancji. Mamy problem, jeżeli takie geny oporności znajdą się u mikroorganizmów patogenicznych, bo nie jesteśmy w stanie wyleczyć takiej choroby klasycznymi, znanymi nam antybiotykami. Jeśli zbyt często korzystamy z preparatów bakteriobójczych, to nasza mikroflora również na tym cierpi. Nie tylko zmywamy mikroorganizmy chorobotwórcze, ale również usuwamy część tego naturalnego mikrobiomu znajdującego się na naszym naskórku. Jednocześnie więc ułatwiamy nabycie oporności zagrażającym nam bakteriom, osłabiając te, które powinny nas chronić. Zawsze powtarzam, że my i mikroorganizmy żyjemy w stanie wiecznej mikrowojny: my opracowujemy antybiotyk na bakterie, a one wymyślają sposoby, żeby móc z tym antybiotykiem funkcjonować. Za każdym razem jest akcja i reakcja.

Biotechnolodzy wyszukują ciągle nowe sposoby, by bakterie i inne mikroorganizmy wykorzystać dla dobra człowieka. Wiele z zastosowań jest jednak nieoczywistych dla przeciętnego człowieka. W jakich dziedzinach bakterie mogą się nam przysłużyć?

Z dobrodziejstwa mikrobiologii korzystamy, często nie zdając sobie z tego sprawy. Istnieją mikroorganizmy z grupy tzw. ekstremofili, występujących w ekstremalnych warunkach, np. bardzo mocno zasolonych, z wysokim stężeniem metali ciężkich, z niskim lub wysokim pH, w wysokiej albo niskiej temperaturze. Z pozoru organizmy te wydają nam się niepotrzebne – w końcu sami nie żyjemy w tak skrajnych warunkach. Wystarczy jednak spojrzeć na używane przez nas proszki do prania. Do ich produkcji wykorzystywane są enzymy pozyskiwane z takich mikroorganizmów, które działają bardzo efektywnie w niskich temperaturach. Dzięki temu plamy i zabrudzenia znikają, a tkaniny nie zostają uszkodzone. Bakterie są też od wieków gospodarzami obiegu zamkniętego – to mikroorganizmy, które w przyrodzie wprowadzają materię w obieg i zbierają poszczególne elementy składowe, by ponownie wprowadzić je do środowiska. Wszystkie cykle biogeochemiczne (węgla, azotu, tlenu i innych pierwiastków) są w dużej mierze oparte na działaniu mikroorganizmów. W biotechnologii, szczególnie środowiskowej, wiodącym trendem jest poszukiwanie metod odzysku biosurowców oraz wykorzystywanie zanieczyszczeń, które wydają nam się odpadem, jako podstawy do produkcji czegoś użytecznego. Mikroorganizmy są również bardzo szeroko wykorzystywane w procesach bioremediacyjnych gleby, wody i powietrza, jako narzędzie przeciwko zanieczyszczeniu. Istnieją także mikroorganizmy mające zdolność produkcji energii elektrycznej. Nawet jeżeli nie byłyby zdolne wygenerować znacznej ilości energii, to wciąż można je wykorzystać, np. jako biosensory. Sporo mikroorganizmów jest stosowanych w medycynie. Bakterie mają zdolność produkcji biocelulozy, która jest świetnym opatrunkiem. Te posiadające odpowiednie geny są w stanie stworzyć takie leki, jak insulina lub różne antybiotyki. Bakterie są podstawą szeroko pojętego przemysłu biotechnologicznego – to w tej chwili jest przyszłość.

Zmiany klimatu oraz zanieczyszczenie środowiska nękają faunę i florę na całym świecie. Mówimy już o szóstym masowym wymieraniu. Czy obejmuje ono również mikroorganizmy?

Jak najbardziej. Mikroorganizmy występują praktycznie w każdym środowisku. Zasadniczo bakterie dzięki swoim niesamowicie szybkim mechanizmom adaptacji są w stanie funkcjonować prawie wszędzie. Ogólna zasada brzmi, że im większa bioróżnorodność danego zbiorowiska organizmów, tym większa szansa na przeżycie ataku ze strony określonego szkodliwego czynnika dla biocenozy. Różnorodność jest nam więc potrzebna, byśmy opierali się zmianom środowiska. Mechanizmy nabywania oporności i pewnych cech adaptacyjnych dają jednak bakteriom sporą przewagę – są malutkie, szybko się mnożą, nie potrzebują drugiego organizmu do reprodukcji. Choć zanieczyszczenie środowiska bardzo mocno wpływa na zubożenie bioróżnorodności, istnieje duża pula mikroorganizmów, które wykorzystują je do własnych potrzeb. Są to m.in. te mikroorganizmy, z których my też możemy skorzystać, np. we wspomnianych wcześniej procesach remediacji. Wówczas izolujemy je ze środowiska, badamy, testujemy pod kątem efektywności usuwania jakiegoś zanieczyszczenia i wykorzystujemy je w procesie bioaugmentacji, czyli umieszczania ich z powrotem w przyrodzie, gdzie przekształcają wybrane substancje w mniej szkodliwe.

Rozmawiała Weronika Cygan

Pełna wersja wywiadu została opublikowana w "Gazecie Uniwersyteckiej UŚ" [nr 5 (295) luty 2022]