IRB: Prvi život nije bio jednostaničan

Pod vodstvom evolucijskog genetičara prof. dr. Tomislava Domazeta-Loše s Instituta Ruđer Bošković (IRB) i Hrvatskog katoličkog sveučilišta (HKS), međunarodni znanstveni tim iz Hrvatske, Švedske i Danske otkrio je da se bakterijski biofilmovi ponašaju poput embrija. Ovo istraživanje baca sasvim novo svjetlo na dosadašnje spoznaje o prvim oblicima života na Zemlji. Rezultati istraživanja objavljeni su u uglednom znanstvenom časopisu Molecular Biology and Evolution.

Bakterije, kao dominantni oblik života, nastanjuju svaki poznati okoliš na Zemlji uključujući ljudski organizam. Zapravo, bez suživota s našim simbiotskim bakterijama, čijih stanica i gena ima više nego naših, ljudska egzistencija uopće nije moguća.

Istraživanje koje je proveo međunarodni tim znanstvenika koji okuplja timove iz Laboratorija za evolucijsku genetiku na IRB-u, Fakulteta elektrotehnike i računarstva, Farmaceutsko-biokemijskog fakulteta i Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, te Chalmers Sveučilišta u Göteborgu i Tehničkog sveučilišta u Danskoj, pokazuje da smo podcijenili složenost bakterija.

Većina bakterija žive na površinama gdje im se stanice grupiraju u kompaktne zajednice koje se nazivaju biofilmovi. Kako bi rasvijetlili pravu narav bakterijskih biofilmova istraživački tim razvio je nove evolucijske alate i primjenio ih na rastućim biofilmovima u laboratoriju.

"Otkrili smo da je razvoj bakterijskih biofilmova usporediv s embriogenezom životinja. To znači da su bakterije pravi višestanični organizmi baš kao i mi. Ako uzmemo u obzir da su najstariji poznati fosili upravo bakterijski biofilmovi, onda je vrlo vjerojatno da je i prvi život bio višestaničan organizam, a ne jednostaničan kao što se do sada smatralo", objašnjava prof. dr. sc. Tomislav Domazet-Lošo s IRB-a.

Prethodni rad prof. Domazeta-Loše i njegovog tima bio je usmjeren na evolucijsku genomiku i razvoj životinja. Uspjeli su dokazati da se evolucija zrcali u embrijima, potvrđujući tako više od sto pedeset godina staru pretpostavku da se u životnom ciklusu (ontogeniji) životinja oslikava njihova evolucija (filogenija). Kako bi došli do ovih rezultata, razvili su računalni pristup, nazvan genomska filostratigrafija, koji omogućava evolucijsko datiranje gena i proteina na velikoj skali.

U najnovijem istraživanju su u suradnji sa znanstvenicima sa Sveučilišta u Zagrebu, Chalmers Sveučilišta u Göteborgu i Tehničkog sveučilišta u Danskoj dodatno usavršili ovaj alat kako bi se prilagodili specifičnostima bakterija. "Izradili smo prve filostratigrafske mape bakterija i to nam je omogućilo povezivanje bakterijskih fenotipova u biofilmovima s evolucijskim informacijama", nastavlja prof. Domazet-Lošo

Kako bi isprobao svoj novi bioinformatički protokol, istraživački tim uzorkovao je biofimove bakterije Bacillus subtilis, modelnog organizma za istraživanje biofilmova koji naseljava tlo, ali i ljudska crijeva. Koristeći tehnologiju čitanja transkriptoma i proteoma odredili su ekspresiju (brojnost) transkripta i proteina za sve gene Bacillusa tijekom procesa rasta biofilma.

"Na naše iznenađenje, otkrili smo da se u kasnijim vremenskim točkama razvoja biofilmova sve više koriste evolucijski mlađi geni. Drugim riječima, otkrili smo da je rast Bacillus biofilmova mini replika njihove evolucije. Do sada su se takve pravilnosti smatrane razlikovnim obilježjem razvoja embrija u složenim eukariotima, kao što su životinje." naglašava prof. Domazet-Lošo.

Nakon toga, istraživački tim je slijedio ovaj trag i tražio druge značajke koje definiraju razvoj embrija poput njegove diskontinuirane organizacije, povećane uporabe gena vezanih uz višestaničnost i molekularne povezanosti s morfološkim promjenama, a na svoje uzbuđenje pronašli su i ove osobitosti.

Najnoviji rezultati istraživanja međunarodnog tima dovode u pitanje poseban status višestaničnosti kod eukariota, te pokazuju da su bakterije složeniji organizmi, nego što se mislilo. Alati koji su razvijeni u ovoj studiji mogu također pomoći u traženju efikasnih rješenja za kontrolu biofilmova, što predstavlja neriješeni problem u industriji i medicini.

"Naši rezultati ukazuju na to da biofilm treba promatrati kao višestaničnu jedinku, a ne kao gomilu pojedinačnih stanica. Kao i u embriogenezi životinja, svaki stadij razvoja biofilma ima svoje osobitosti. Kritični prijelazni stadiji razvoja biofilma koje smo otkrili mogu sada postati meta koju možemo ciljati putem gena koji su specifično uključeni u tim stadijima. To može promijeniti pravila igre u liječenju bolesti povezanih s disbalansom biofilmova kao i u sprječavanju gubitaka u industriji", zaključuje Domazet-Lošo.