Samarbete är en viktig del av den vetenskapliga forskningen, där forskare ofta går samman för att kombinera sina ansträngningar och bidra till gemensamma vetenskapliga mål. Som det visar sig är samarbete också en viktig egenskap bland bakterier.
Genom att kommunicera genom ett kemiskt språk och vänta tills de har rätt antal, kan bakterier lyckas med uppgifter som de inte skulle ha kunnat utföra på egen hand.
För denna grundläggande upptäckt – en process som kallas kvorumavkänning – utsågs tre vetenskapsmän och långvariga medarbetare till 2023 Canadas Gairdner International Award-pristagare. Priset delades mellan Bonnie Bassler, Squibb-professor och ordförande för institutionen för molekylärbiologi vid Princeton University; E. Peter Greenberg, Nester professor i mikrobiologi vid University of Washington; och Michael R. Silverman, en före detta adjungerad professor i marinbiologi vid Scripps Institute of Oceanography som gick i pension 2000.
Allt började med en obskyr bioluminescerande marin bakterie känd som Vibrio fischeri, som uppvisar en särskilt unik egenskap:den lyser bara upp när den är i en grupp. Detta beteende karakteriserades först på 1970-talet av den sene J. Woodland Hastings, en professor vid Harvard University, som beskrev en signalkemikalie med okänd struktur som var ansvarig för beteendet.
"Det var en 10-årsperiod där vi trodde att det här hände, men ingen visste hur", säger Greenberg. "Och sedan upptäckte en av mina medmottagare, Mike Silverman, tillsammans med en av sina doktorander, generna som är ansvariga [för denna mekanism]."
"Genetik är ett mycket kraftfullt verktyg," tillägger Silverman.
Greenberg, som hade tränat med Hastings, karakteriserade dessa gener ytterligare oberoende av varandra. Han upptäckte också en liknande kemisk signal i den patogena bakterien Pseudomonas aeruginosa. Det var då termen kvorumavkänning, som beskriver denna cell-till-cell-kommunikation, föddes.
"[V]vad vi och andra har visat är att [bakterier] kommunicerar med ett kemiskt språk. De räknar sina siffror och de känner igen när de har rätt siffror", förklarar Bassler.
För att göra detta utsöndrar bakterier små molekyler som kallas autoinducerare. När en tillräckligt stor grupp av bakterier har samlats och tillräckligt med autoinducerare har utsöndrats, kan bakterierna upptäcka denna kemiska signal och börja arbeta tillsammans som en grupp.
"Om [bakterier] alla gör något tillsammans kan de bli framgångsrika med uppgifter som de inte skulle kunna utföra om de agerade som individer. Eftersom de individuellt är för små för att göra skillnad", fortsätter Bassler.
Bassler – som en gång arbetade som postdoktor hos Silverman – tog dessa insikter till en ny nivå genom att visa att detta fenomen inte är obskyrt, utan istället är vanligt bland bakterier.
Faktum är att forskarna upptäckte att kvorumavkänningsbeteende inte alls är begränsat till bakterier. Bassler visade också att bakterier kan använda denna mekanism för att kommunicera mellan arter och att den ligger till grund för bakteriell interaktion med virus.
Idag har kvorumavkänning dykt upp som ett nytt område inom mikrobiologi. De upptäckter som Bassler, Greenberg och Silverman gjorde förändrade inte bara vår förståelse av bakterier och deras interaktioner med varandra, utan öppnade också dörrarna för att använda cell-till-cell-kommunikation i kliniska miljöer.
Som ett exempel på detta har Bassler och hennes medarbetare använt kvorumavkänning för att utveckla småmolekylära terapier, som är mindre känsliga för antimikrobiell resistens än traditionella antibiotika. Greenberg har också använt kvorumavkänning för att bekämpa infektioner associerade med cystisk fibros.
Sammantaget är pristagarna överens om att samarbete var en avgörande aspekt av deras upptäckter. Genom att arbeta tillsammans och bygga på varandras idéer har Bassler, Greenberg och Silverman revolutionerat mikrobiologiområdet.
"Det är roligt att priset är för att ta reda på hur grupper av mikrober […] arbetar tillsammans och optimerar beteenden, för det är vad vi försöker göra i labbet", säger Bassler.
"Jag tycker att det […] är magiskt med priset."
