Quorum sensing – ett kollektivt, kemiskt medvetande för mycket små livsformer

Del 2

(Del 1)

Mikroorganismernas evolution under miljoner och åter miljoner år har lyckats frambringa kemiska och mekaniska verktyg som med stor precision förmedlar principerna för riskminimering, energieffektivitet, resursutnyttjande och nyttomaximering till varje enskild cell. 

Mikroorganismer, som bakterier, är encelliga livsformer. Hela deras varelse utgörs följaktligen av en enda cell, inom vars väggar hela livsmaskineriet inryms; DNA-molekylen och den biologiska mekanik som omger den, strukturer som möjliggör ämnesomsättning och energiutvinning samt strukturer som uppstår regelbundet, men tillfälligt, för att initiera och genomföra en celldelning.

Livet i sin enklaste form är oändligt sofistikerat och komplicerat – men samtidigt helt automatiserat

En bakteries liv styrs av förprogrammerade beteenden som avlöser varandra – som när ett tvättmaskinsprogram med ett klick övergår från en fas till en annan; från sköljning till centrifugering.

Men en mikroorganism omges också på alla sidor av sin miljö. Yttervärlden ligger tätt inpå generna och närvaron av ett visst stimuli kan omedelbart påverka genernas uttryck. Gener slås på eller av som direkt svar på den information bakterien kan få om sin omedelbara omgivning, via receptorer på cellväggens utsida eller genom olika membranproteiner som transporterar ämnen in i cellen. En bakterie är alltså en mycket reaktiv biologisk maskin. Quorum sensing är en av konstruktionens allra mest snillrika mekanismer.

Decentraliserade beslut på gruppnivå istället för ett överordnat medvetande

När varje enskild cell, oberoende av andra celler, utsöndrar en viss signalmolekyl, bidrar den till en gemensam pool av information i den omgivande miljön, tillgänglig för andra celler att avläsa – om de har receptorer som reagerar på signalmolekylen. Det är som ett kollektivt medvetande, grundat på kemiska signaler, som tar form utanför de enskilda cellerna.

När de kemiska signalmolekylerna uppnår ett visst tröskelvärde; dvs finns i tillräckligt stor mängd, är det ett tecken på att en motsvarande stor mängd bakterier finns närvarande. Det betyder i sin tur att omständigheterna är rätt – enligt genetiskt kodade biologiska kriterier – för att trigga igång ett förutbestämt beteende. Plötsligt agerar bakterierna som en flock. Inte alltid bara en art, utan flera arter; signalmolekylernas kemiska språk är gränsöverskridande, artöverskridande, och igenkännligt över stora evolutionära avstånd.

Sjukdomsframkallande bakterier bildar ofta biofilmer, för att mer effektivt kunna infektera sin värd och uppnå högre grad av motståndskraft. De bildar sammanhängande mattor av mikroorganismer som samarbetar i nätverk, som tillfälliga vävnader, där ingående celler kommunicerar, interagerar, påverkar varandras gener, arbetsdelar och specialiserar sig. Men helt utan behov av central ordergivning.

Ingen ledare, största möjliga effektivitet och minsta möjliga risk

Förmågan till komplexa, samordnade beteenden ökar givetvis möjligheten för beteendet att ge önskad effekt. Enstaka bakterier som lyser i havets mörker kommer inte att märkas. Det är därför högst rationellt att förbruka energi på att lysa först när tillräckligt många bakterier finns på samma plats. Samma sak gäller vid infektion. Alla patogena bakterier är inte lika farliga hela tiden. De kan däremot bli farliga vid en viss punkt, då de känner av varandras närvaro och “inser” att de är tillräckligt många.

Men, som tidigare nämnts, även mänskliga celler som ingår i immunförsvaret har receptorer för dessa kemiska signaler. Bara det faktum att immunförsvarets celler kan tolka fullständigt artfrämmande cellers interna kommunikation (och därigenom övervaka  dessa cellers förehavanden) är dels förbluffande, dels en tydlig illustration av en lång gemensam evolutionshistoria.

Immunförsvarets massa av fritt cirkulerande celler bildar ett kraftfulla övervaknings- och utrensningssystem som genomströmmar alla kroppens vävnader. Ett aktiverat immunförsvar har tillgång till drastiska metoder och kemiska stridsmedel. Ett dåligt reglerat immunförsvar är farligt för alla, inklusive sin värdorganism. Systemet måste upprätthålla en ömtålig balans mellan tolerans och effektivitet, genom omfattande kontrollmekanismer på alla nivåer – även dessa förmedlade genom kemiska ämnen och ren mekanik.

Fortsättning: Del 3

Dela på sociala medier

Tillsammans med våra kunder får vi samhällets kretslopp att flöda

Luleå kommun övergår till en hållbar fetthantering

För att komma ner till noll i klimatpåverkan till år 2040 har Luleå kommuns infrastruktur- och serviceförvaltning u […]

Läs mer

Runö Möten & Events skapar en hållbar mötesplats

En kort biltur från Åkersberga centrum, vid Näsuddens naturreservat norr om Stockholm, ligger Runö Möten & Even […]

Läs mer

Telge Fastigheter gör Södertälje till en mer hållbar kommun

I Södertälje bedrivs ett aktivt arbete för att förbättra kommunen inom hållbarhet och miljö. 2023 slutade Södert […]

Läs mer

Stora Skuggans Värdshus – restaurangen med ett riktigt kretsloppstänk

Ute vid Norra Djurgårdens grönskande parkområden ligger Stora Skuggans Värdshus. Här har Carola Magnusson i många […]

Läs mer

Senaste nytt inom Bioteria och utvecklingen av miljöteknik

Bioteria presenterar ett nytt varumärke

23.12.13

Go Green under Black Week

23.11.06

Charlotta Buch presentera bioteknik på Almedalen 2023

Bioteria lyfter det dolda fettproblemet på Almedalen

23.07.03