Stejným způsobem, jako se lidé dorozumívají prostřednictvím slov, používají bakterie ke komunikaci v rámci mikrosvěta signální molekuly. Podobně, jako je většina lidí schopna domluvit se v případě potřeby s jinými národy více cizími jazyky, tak i bakterie využívají ke komunikaci se zástupci jiného rodu signální molekuly s různou strukturou. Komunikační proces má vliv na chování bakteriální buňky, na její pohyblivost, produkci látek, které využívá během infekčního procesu a tvorbu biofilmu – vysoce organizovaného společenství mikroorganismů, které je pevně přichyceno k povrchu a velice dobře odolává vlivům z vnějšího prostředí, např. působení antimikrobiálních látek. Studiem mezibuněčné komunikace potencionálně patogenních bakterií, především Pseudomonas aeruginosa, v souvislosti s tvorbou biofilmu se na Ústavu biotechnologie zabývá doktorandka Martina Paldrychová.
Bakterie jsou schopné syntetizovat signální molekuly, které následně uvolňují do prostředí. Zároveň přijímají signály vysílané jinými bakteriemi. Celý proces jim umožňuje zjistit, jak hustě je okolní prostředí osídleno, a podle toho se zachovat. V závislosti na těchto informacích řídí děje v buňce. V odborné literatuře najdeme pro tento jev termín quorum sensing (QS).
Jedním z nejinvazivnějších a nejobávanějších mikroorganismů často izolovaných na jednotkách intenzivní péče je Pseudomonas aeruginosa. Tato bakterie napadá dýchací systém a vyvolává např. u pacientů s cystickou fibrózou záněty plic, čímž zhoršuje průběh onemocnění. Mimo to se spolupodílí na infekcích popálenin a močových cest. P. aeruginosa během infekčního procesu tvoří biofilm a produkuje řadu dalších faktorů virulence, např. enzymy proteázy (elastázu nebo alkalickou proteázu), které mají na svědomí destrukci hostitelské tkáně nebo např. exotoxin A, který potlačuje imunitní reakci hostitele. Produkce výše uvedených faktorů virulence je řízena právě prostřednictvím signálních molekul.
Jak probíhá celý komunikační proces? Bakterie vyrobí a uvolní do okolního prostředí signální molekulu (vyřkne slovo). U bakterie P. aeruginosa jsou těmito slovy N-acyl-homoserinové laktony. Sama bakterie má receptory pro příjem signálu (slyší slovo) a slyší ho i ostatní bakterie, které mají receptory (uši). Jakmile dojde k zesílení signálu (bakterie slyší slovo vícekrát), následuje reakce. Mohli bychom říci, že se začne s ohledem na přítomnost dalších jedinců v okolním prostředí chovat jinak, doslova dá na jejich slova, a zahájí např. tvorbu biofilmu nebo produkci jiných faktorů virulence, díky kterým je pro hostitele více nebezpečná.
Rezistence bakterií k antibiotikům v důsledku jejich chybného užívání nebo nadužívání je dnes velice diskutovaným tématem. Když k tomu ještě přičteme, že většina běžně dostupných antimikrobiálních látek byla vyvinuta a testována k vymýcení bakterií žijících volně jako jednotlivci, nekomunikujících mezi sebou, neprodukujících faktory virulence včetně tvorby biofilmu a cílících pouze na omezení jejich životaschopnosti, problém je nasnadě. Naštěstí je tady potenciální řešení v podobě látek, které brání komunikaci bakterií (v odborné terminologii inhibitory quorum sensing).
Bránit tomu, aby si bakterie povídaly, můžeme několika způsoby. Nabízí se možnost přídavku inhibitoru, blokujícího tvorbu signální molekuly vazbou na enzym, který je za produkci dané signální molekuly zodpovědný. Tento enzym můžeme přirovnat k lidským hlasivkám – pokud dojde k jejich poškození, bude se nám těžko mluvit. Další možností je aplikace látky, rozkládající signální molekuly. Takové látky vlastně představují rušivý signál (komunikační šum), který v průběhu komunikace narušuje přenos signálu. Dále jsou hledány inhibitory schopné vazby na receptory zprostředkovávající příjem signálu. Můžeme si je představit jako špunty do uší, které brání další reakci bakterií.
Když bakterii P. aeruginosa zakážeme komunikaci, zabráníme tak např. tvorbě biofilmu a budeme blíže vymýcení onemocnění, které způsobuje. Studenti z laboratoře aplikované biologie se řídí rčením „Ticho léčí“ a mezi řadou přírodních anti-biofilmových látek, se snaží identifikovat ty, které zasahují do regulace tvorby biofilmu prostřednictvím inhibice quorum sensing. Mezi látky s touto aktivitou prokazatelně patří cinnamaldehyd (složka esenciálního oleje z kůry skořicovníku) a chitosan (polysacharid odvozený od chitinu, který je složkou schránek korýšů).
