Vi khuẩn sử dụng ngôn ngữ gì để giao tiếp và phối hợp với nhau?

CHUỖI CUNG ỨNG VINHTHINH BIOSTADT HƯỚNG ĐẾN PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

ESOMAX - HOẠT CHẤT TINH DẦU KHÁNG SINH - GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT BỆNH GAN TỤY VÀ PHÂN TRẮNG

Wokozim đã được sử dụng trên 40 loại cây trồng và hơn 20 quốc gia trên thế giới

Liên doanh giữa Vinhthinh & tập đoàn Biostadt -Ấn Độ

Công ty thành viên

Trang chủThông tin kỹ thuậtNUÔI TÔM SÚ, THẺVi khuẩn sử dụng ngôn ngữ gì để giao tiếp và phối hợp với nhau?

Vi khuẩn sử dụng ngôn ngữ gì để giao tiếp và phối hợp với nhau?

Cách đây nhiều thập kỷ, vi khuẩn chủ yếu được xem là những cá thể riêng biệt của sinh vật đơn bào và chúng không có tương tác hay liên hệ gì với nhau. Tuy nhiên, quan điểm này đã thay đổi khi mà ngày nay các nhà khoa học đã phát hiện ra rất nhiều loài vi khuẩn có thể giao tiếp và phối hợp với nhau ở mức độ đa bào chứ không phải chỉ một tế bào đơn lẻ. Hiện tượng này được gọi là "quorum sensing".

Vi khuẩn giao tiếp như thế nào?

Quorum sensing được thực hiện thông qua các tín hiệu phân tử trung gian có thể khuếch tán được. Các tế bào vi khuẩn liên tục sản xuất ra các phân tử tín hiệu và nó được tích lũy ngày càng nhiều. Khi sự tích lũy các phân tử này đạt đến một ngưỡng nhất định, sự thay đổi nồng độ biểu hiện gen được kích hoạt và dẫn đến sự thay đổi hành vi của cả cộng đồng vi khuẩn.

Các phân tử tín hiệu này có thể xem như một loại ngôn ngữ của vi khuẩn giúp chúng giao tiếp với nhau. Mỗi loài vi khuẩn có một loại ngôn ngữ riêng, nhưng chúng cũng có thể giao tiếp với các loài khác. Đối với vi khuẩn gram (-), ngôn ngữ của chúng dựa trên acylated homoserine lactones (AHLs), trong khi đối với vi khuẩn gram (+), ngôn ngữ của chúng dựa trên các phân tử peptide nhỏ. Sự khác nhau và sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chịu trách nhiệm trong ngôn ngữ giao tiếp là đặc trưng cho từng loài vi khuẩn. Cả hai loại vi khuẩn gram (-) và gram (+) đều sản xuất và đáp ứng với cùng một phân tử được gọi là AI-2. AI-2 là đại diện cho một loại ngôn ngữ phổ biến trong giao tiếp của vi khuẩn, giúp cho các loài khác nhau trong cộng đồng vi khuẩn có thể giao tiếp với nhau (nó cũng có thể so sánh như tiếng Anh, loại ngôn ngữ hiện đang sử dụng rộng rải trên thế giới để giúp con người ở các nước khác nhau có thể giao tiếp với nhau). Các nhóm vi khuẩn khác nhau, ví dụ như vi khuẩn Vibrio, chúng có ngôn ngữ riêng đặc trưng cho cả nhóm chứ không phải riêng biệt cho từng loài vi khuẩn Vibrio.

Tại sao vi khuẩn cần phải giao tiếp với nhau?

Giao tiếp với nhau giúp cho vi khuẩn có thể tổ chức và quyết định xem có nên "đầu tư" năng lượng để triển khai các hoạt động như gia tăng biểu hiện của gen độc lực, hình thành các màng sinh học (biofilm), phát xạ ánh sáng, sự hấp thu DNA, sản xuất các chất kháng khuẩn, các enzyme ngoại bào (exoenzyme) và các phản ứng khác. Rất nhiều trong số các quá trình này, ví dụ như gia tăng biểu hiện của gen độc lực, chỉ đáng giá và có thể thành công khi tập hợp được một cộng đồng vi khuẩn đủ lớn để có thể sản xuất đủ độc tố để đánh bại "hệ thống phòng thủ" là hệ miễn dịch của vật chủ. Quorum sensing cũng cung cấp thông tin về trạng thái chuyển hóa của cộng đồng vi khuẩn, thành phần loài và các đối thủ cạnh tranh là các vi khuẩn khác trong cùng một hệ sinh thái.

Quorum sensing là yếu tố quan trọng đối với độc tính của vi khuẩn, đặc biệt là các tác nhân gây bệnh có liên quan đến nuôi trồng thủy sản như Aeromonas, Vibrio, hoặc Yersinia. Vibrio harveyi, tác nhân gây bệnh phát sáng trên tôm, chúng sử dụng tín hiệu quorum sensing để điều chỉnh độc tính của nó tùy theo điều kiện môi trường và sức khỏe của vật chủ.

Có thể "cắt đứt liên lạc" giữa các vi khuẩn với nhau không?

Quá trình ức chế giao tiếp của vi khuẩn gọi là quorum quenching. Có rất nhiều chất ức chế phân tử tín hiệu quorum sensing, hoặc ngăn cản quá trình giao tiếp giữa các vi khuẩn với nhau đã được phát hiện trong tự nhiên. Tảo, bọt biển, một số loài thực vật và rất nhiều loài vi khuẩn sản sinh ra rất nhiều chất ức chế khác nhau có thể phá hủy, hoặc khóa (block) quá trình sản xuất các phân tử tín hiệu quorum sensing.

Hệ thống kiểm tra

Để kiểm tra quá trình ức chế giao tiếp của vi khuẩn quorum quencing, rất nhiều loại cảm biến sinh học hiện nay có thể làm được điều đó. Khi có sự hiện diện của các phân tử tín hiệu, các cảm biến sẽ kích thích sản xuất ánh sáng hoặc các sắc tố màu tím hoặc phát huỳnh quang hay một đặc điểm nào đó để có thể dễ dàng phát hiện. Nếu có sự xuất hiện đồng thời của một hợp chất ức chế hoặc enzyme phân hủy tín hiệu, chứng tỏ tín hiệu quorum sensing đã bị ức chế, và điều này đồng nghĩa với việc vi khuẩn đã bị cắt đắt liên lạc và chúng không thể giao tiếp với nhau nữa (Bảng 1).

Bảng 1: Các công cụ khác nhau để xác định quá trình sản xuất của các phân tử tín hiệu và quorum quencing

Một ví dụ về ức chế phân tử tín hiệu quorum sensing ở vi khuẩn

Tảo và một số loài thực vật (ví dụ như rong đỏ, quế, tỏi, gừng) có thể sản xuất ra các hợp chất có đặc tính giống với phân tử tín hiệu quorum sensing ở vi khuẩn là AHL làm cho nó không thể nhận ra sự bất thường hoặc các hợp chất đó có thể làm mất ổn định của hệ thống phát hiện (detector) của vi khuẩn và ngăn chặn các luồng thông tin giao tiếp giữa các vi khuẩn. Một hợp chất ức chế phân tử tín hiệu quorum sensing nổi tiếng là cinnamaldehyde (Hình 1). Có rất nhiều thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và có thể khẳng định nó có thể phá hủy các phân tử tín hiệu quorum sensing.

Hình 1 (bên trái): Nồng độ khác nhau của cinnamalhehyde trong thí nghiệm; Hình 2 (bên phải): Vi khuẩn Bacillus trong chế phẩm sinh học được kiểm tra quorum quencing.

Rất nhiều loài vi khuẩn gram (-), bao gồm các dòng vi khuẩn trong các chế phẩm sinh học (probiotic) như Bacillus sp. sản xuất ra các enzyme như AHL-lactonase hoặc AHL-acylase có thể ức chế quá trình giao tiếp của các vi khuẩn gram (-) bằng cách làm giảm tín hiệu của phân tử AHL. Phân tích chủng vi khuẩn Bacillus có trong chế phẩm sinh học AquaStar® cho thấy, dòng vi khuẩn Bacillus này có thể gây ức chế quá trình giao tiếp của vi khuẩn (Hình 2). Do đó, quorum quenching là một phần trong cơ chế hoạt động của chế phẩm sinh học AquaStar®.

Thông tin quan trọng

Phá vỡ quá trình giao tiếp của vi khuẩn có thể giúp ích cho quá trình ngăn chặn các loài vi khuẩn có hại phát triển. Trong trường hợp các tác nhân gây bệnh, sự can thiệp này có thể ngăn chặn sự bùng nổ của các bệnh truyền nhiễm, bởi vì các mầm bệnh không thể phối hợp với nhau để gia tăng sức mạnh và chúng sẽ dễ dàng bị tiêu diệt. Trong khi các chủng vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh đang có chiều hướng gia tăng, cơ chế tấn công thông qua quá trình ức chế phân tử tín hiệu quorum sensing sẽ là một công cụ hữu hiệu để kiểm soát mầm bệnh.

Nguồn: http://aquanetviet.org

Từ khóa: Quorum sensing, Quorum quenching, vi khuẩn, enzyme, enzyme ngoại bào, biofilm,

Trở về