Samarbejde driver succes:Menneskelig forskning og bakteriel kvorumssansning

Samarbejde er en vigtig del af videnskabelig forskning, hvor forskere ofte går sammen for at kombinere deres indsats og bidrage til fælles videnskabelige mål. Som det viser sig, er samarbejde også en vigtig egenskab blandt bakterier.

Ved at kommunikere gennem et kemisk sprog og vente, indtil de har de rigtige tal, kan bakterier få succes med opgaver, de ikke ville have været i stand til at udføre på egen hånd.

For denne grundlæggende opdagelse - en proces kendt som kvorumsføling - blev tre videnskabsmænd og mangeårige samarbejdspartnere udnævnt til vindere af Canada Gairdner International Award 2023. Prisen blev delt mellem Bonnie Bassler, Squibb-professor og formand for Institut for Molekylærbiologi ved Princeton University; E. Peter Greenberg, Nester professor i mikrobiologi ved University of Washington; og Michael R. Silverman, en tidligere adjungeret professor i havbiologi ved Scripps Institute of Oceanography, som gik på pension i 2000.

Samarbejdets kraft

Det hele startede med en obskur bioluminescerende marin bakterie kendt som Vibrio fischeri, som udviser et særligt unikt træk:den lyser kun op, når den er i en gruppe. Denne adfærd blev først karakteriseret i 1970'erne af afdøde J. Woodland Hastings, en professor ved Harvard University, som beskrev et signalkemikalie med ukendt struktur, der var ansvarlig for adfærden.

"Der var en 10-årig periode, hvor vi troede, at det her skete, men ingen vidste hvordan," siger Greenberg. "Og så opdagede en af mine medmodtagere, Mike Silverman, sammen med en af sine kandidatstuderende generne, der er ansvarlige [for denne mekanisme]."

"Genetik er et meget kraftfuldt værktøj," tilføjer Silverman.

Greenberg, som havde trænet med Hastings, karakteriserede yderligere disse gener uafhængigt. Han opdagede også et lignende kemisk signal i den patogene bakterie Pseudomonas aeruginosa. Det er her, udtrykket quorum sensing, som beskriver denne celle-til-celle kommunikation, blev født.

"[Hvad] vi og andre har vist er, at [bakterier] kommunikerer med et kemisk sprog. De tæller deres tal, og de genkender, når de har de rigtige tal," forklarer Bassler.

For at gøre dette udskiller bakterier små molekyler kendt som autoinducere. Når en stor nok gruppe af bakterier er samlet, og der er udskilt nok autoinducere, kan bakterierne detektere dette kemiske signal og begynde at arbejde sammen som en gruppe.

"Hvis [bakterier] alle gør noget sammen, kan de få succes med opgaver, som de ikke kunne udføre, hvis de handlede som individer. For hver for sig er de for små til at gøre en forskel," fortsætter Bassler.

Bassler - der engang arbejdede som postdoc-forsker hos Silverman - bragte denne indsigt til et nyt niveau ved at demonstrere, at dette fænomen ikke er uklart, men i stedet er almindeligt blandt bakterier.

Faktisk opdagede forskerne, at quorum sensing adfærd overhovedet ikke er begrænset til bakterier. Bassler viste også, at bakterier kan bruge denne mekanisme til at kommunikere på tværs af arter, og at den ligger til grund for bakteriel interaktion med vira.

Et nyt område inden for mikrobiologi

I dag er quorum sensing dukket op som et nyt felt inden for mikrobiologi. Opdagelserne gjort af Bassler, Greenberg og Silverman ændrede ikke kun vores forståelse af bakterier og deres interaktioner med hinanden, men åbnede også dørene til brug af celle-til-celle-kommunikation i kliniske omgivelser.

Som et eksempel på dette har Bassler og hendes samarbejdspartnere brugt quorum sensing til at udvikle små molekyle terapier, som er mindre sårbare over for antimikrobiel resistens end traditionelle antibiotika. Greenberg har også brugt quorum sensing til at bekæmpe infektioner forbundet med cystisk fibrose.

Samlet set er prismodtagerne enige om, at samarbejde var et afgørende aspekt af deres opdagelser. Ved at arbejde sammen og bygge på hinandens ideer har Bassler, Greenberg og Silverman revolutioneret mikrobiologiområdet.

"Det er sjovt, at prisen er for at finde ud af, hvordan grupper af mikrober […] arbejder sammen og optimerer adfærd, for det er det, vi forsøger at gøre i laboratoriet," siger Bassler.

"Jeg finder den […] slags magisk ved prisen."