Bakteriální senát, svítící minihlavonožci a jiné příběhy

Když se řekne bakterie, naprosté většině z nás se vybaví dvě povážlivě protikladné představy. Na jedné straně obraz „přátelských“ a „prospěšných“ malých zvířátek, plovoucích si podle reklam sem a tam v kelímku s jogurtem, na straně druhé téměř hitchcockovská scenérie mrňavých ďáblíků, usilujících na každém kroku o nějakou nepříjemnost. Kdo by si nevzpomněl na zlomyslné příšerky z legendárního francouzského animovaného seriálu Byl jednou jeden život od nedávno zesnulého Alberta Barillého.¹⁾ Jsou tedy bakterie spíše hodní pomocníčci, nebo zákeřní zabijáci?

Hezkou ukázkou nesmírně široké plejády nejrůznějších vztahů mezi mikroby a ostatními organismy může být bakteriální rod Vibrio (povšimněme si, že slovo mikrob již dávno není emocionálně neutrální, i když jde o synonymum mikroorganismu). Vibria jsou gramnegativní zakřivené tyčinky o velikosti několika mikrometrů. Ve své rodině mají několik významných lidských patogenů, z nichž jednoznačně nejslavnějším je mezi historiky nechvalně proslulé Vibrio cholerae. Na druhé straně známe ale i symbiotická vibria, o kterých můžeme prohlásit, že jsou „hodná“. A právě ta drží klíč k tajemství toho, co to znamená „hodná“ nebo „zlá“ bakterie.

Kdybyste někdy plavali v noci poblíž Havajských ostrovů, dost možná narazíte na maličkatého hlavonožce, který vám bude připadat jako z jiného světa. Sepiola kropenatá (Euprymna scolopes) je asi třícentimetrový drobeček, který se prohání poblíž hladiny a za měsíčku si shání něco k snědku. Aby ovšem sama neskončila v něčím žaludku, zřídila si v koevoluci výhodnou bilaterální smlouvu o vzájemné výpomoci s bakterií Vibrio fisherii. Sépiola poskytne mořským bakteriím luxusní apartmá v světelném orgánu na spodní straně své plášťové dutiny a ony za to rozzáří tento příbytek mdlým světlem a učiní jej hodným jeho názvu. Oboustranná výhoda této úžasné symbiózy spočívá v tom, že se bakterie mohou vesele množit beze strachu z disturbancí z vnějšího prostředí a zářící sépiola splývá v protistínu vůči obloze s měsíčním svitem a uniká tak pozornosti predátorů plovoucích pod ní. Pokud jste již nyní upřímně nadšeni z existence něčeho tak velkolepého, pak vězte, že to nejlepší teprve přijde: bakterie se na produkci světla bez nadsázky „domluví“.

Bioluminiscence je totiž děj energeticky značně nákladný a je velmi neefektivní plýtvat na ni silami, pokud se volně a poměrně osaměle vznášíte v planktonu. Dobrým příměrem je chování některých rizikových skupin obyvatel, vezměme jako příklad skalní příznivce fotbalu: Unavovat své hlasivky i svaly ryčením a vzpíráním dlažebního kamene se nevyplatí jednotlivci, zato větší skupina je již vysoce efektivní. Husitské „na množství nehleďte“ zde nefunguje, naopak čím víc, tím líp. Jak ale taková bakterie pozná, kolik jí v daném prostředí je, respektive jak daleko jsou příbuzní téhož druhu? Právě studium bioluminiscence Vibrio fisherii vedlo v sedmdesátých letech 20. století k popsání autoindukce, přejmenované v polovině devadesátých let na „quorum sensing“. Quorum, jak víme, označuje usnášeníschopnou většinu, sensing je pak anglický výraz pro detekci něčeho. Podstata děje spočívá v tom, že jednotlivé bakterie vylučují signální molekuly a opět je přijímají zpátky. Na základě míry signálu je pak bakterie schopná určit, v jak velké populaci se nachází, a upravit své chování v souladu s tím, co zjistila.

Objev, že bakteriální buňky jsou schopné komunikovat a kooperovat, značně převrátil náš dosavadní náhled na prokaryota. Identifikace signálních molekul u gramnegativního vibria ukázala na skupinu acetyl-homoserin-laktonů (AHL) a v následujících letech se roztrhl pytel se zprávami o výskytu těchto látek i u jiných gramnegativních bakterií a o jejich možné roli. Dnes víme, že quorum sensing reguluje širokou škálu fyziologických procesů, jakými jsou např. produkce sekundárního metabolismu (včetně antibiotických látek), pohyblivost, symbiotické interakce, přenos plazmidů, zrání biofilmů, virulence nebo již zmíněná bioluminiscence, a že zahrnuje pestrou paletu signálních molekul. Gramnegativní druhy používají univerzálně molekuly AHL, zatímco grampozitivní bakterie dávají přednost malým, post-translačně modifikovaným peptidům.

Quorum sensing (QS) umožňuje bakteriálním populacím synchronizovanou odpověď na stresové faktory, ať již abiotické či biotické, a mnohem efektivnější využívání zdrojů. V poslední době se vede živá debata i o možných komunikačních kanálech QS napříč říšemi: Je možná komunikace bakterií s eukaryotními buňkami? Je to velmi pravděpodobné. Problematika QS a bakteriální komunikace obecně má nedozírné implikace jak v teoretické, tak v praktické rovině. V té první jde o pochopení principů fungování nejrozmanitější a nejpočetnější skupiny živých organismů obývajících naši planetu, ve druhé pak o porozumění tomu, jakým způsobem probíhá komunikace mezi prokaryontními buňkami jednak mezi sebou, jednak s buňkami eukaryontními, např. při kolonizaci lidského či živočišného nebo rostlinného těla virulentními kmeny.

Ve světle těchto skutečností se stává zřejmější, oč vlastně v případě bakterií a jejich interakcí s ostatními organismy jde. Bakterie nejsou a priori zlé nebo hodné, zkrátka jsou jen upovídané. Povídají si mezi sebou a zřejmě si povídají též s buňkami našich těl. Míra jejich (a posléze našeho) vzájemného srozumění a dorozumění je pak odrazem toho, k jaké interakci v posledku dojde – a tedy toho, zda označíme příslušnou bakterii za „hodnou“, nebo za „zlou“. Jinými slovy s bakteriemi v jogurtu jsme během evoluce nalezli společný jazyk, zatímco s těmi patogenními se zatím ne a ne domluvit.

Až tedy někdy v nejbližší době poplujete v noci podél havajských břehů na loďce, na níž za bledého svitu luny políbíte svou drahou polovičku vzdor tomu, že má angínu, až si pak ke svačině vytáhnete z batůžku ananasový jogurt a budete společně koukat do hlubin, ve kterých se prohání svítící Euprymna scolopes, zkuste se zaposlouchat. Zjistíte, že to kolem vás ševelí tichým šepotem našich prokaryontních souputníků, kteří právě v těchto chvílích hlasují, co bude dál.