POSLECH BAKTERIÍ VĚDA | KOVÁŘ - ČLÁNKY, VĚDA, NAŠE PLANETA, 40. VÝROČÍ

Bonnie Basslerová, její boty srazil, kolena a ponožky nohy přitisknuté k okraji stolu konferenční místnosti, hodinky s ovzduší očekávání droll jako výzkumník v její světově proslulé mikrobiologické laboratoři na Princeton University stojí před představit své nejnovější experimentální výsledky ostatním členům jejího týmu. Yunzhou Wei je známý svými campy prezentace a nezklame. Snímky obsazení členů jeho oblíbené série televizních zločinů blikají na obrazovce a zahajuje krátkou, sportovní diskusi o lekcích, které by vědci mohli získat z pořadů: Věřte svým instinktům! Ale hledejte také důkazy! Pak vyvstává mnohem naléhavější otázka: kterou televizní postavu by Bassler chtěl hrát? Geniální analytik chování? Ne, ne, ne „hlupák“, zamumlá Bassler. A co primát a docela forenzní antropolog? Ne, mysl slavného vědce je vytvořena. "Chci být jí, " říká Bassler a ukázal na speciální agentku Jennifer "JJ" Jareauovou, nordickou pušku na programu CBS "Trestní mysli." Případ uzavřen, říká Bassler. "Vraťme se nyní k molekulám."

Postava Jareaua vyniká Basslerovi pozoruhodně dobře. Jareau je komunikační bod její skupiny, mediální kontakt mezi FBI a vnějším světem. 48-letá Basslerová byla ve své kariéře skvěle úspěšná, vítěze vavřínů jako ocenění „geniality“ nadace MacArthur Foundation, členství v Národní akademii věd, vyhlášené pozice u Howard Hughes Medical Institute a předsednictví Americké společnosti pro mikrobiologii. A to vše lze vysledovat k jejímu hlubokému uznání za sílu komunikace. Messaging je médium, ve kterém Bassler svítí.

Bassler je v popředí rychle rostoucího pole „snímání kvora“. Studie toho, jak mikrobi komunikují mezi sebou, když staví rozsáhlou propojovací infrastrukturu života, na které závisí makrobi. V posledních letech ona a další mikrobiologové objevili, že bakterie nejsou nudné solipsisté dlouhodobé pověsti, mají obsah pouze sát do jídla, zdvojnásobit, rozdělit střed a opakovat nekonečno ad, starat se pouze o jejich tupý, jednobuněčný já. Místo toho se bakterie staly původními novými shluky, přilepenými k jejich mobilním telefonům a internetovým linkám. Konverzují ve složitém chemickém jazyce a pomocí molekul se navzájem upozorňují na to, kdo tam je, v jakém počtu a jak se chovat vzhledem k současné společnosti. Bakterie zkoumají své řady, počítají hlavy a pokud je dav dostatečně velký a stejně smýšlející - pokud je usnášeníschopné - jedná. Prostřednictvím chemické signalizace se mohou malé bakteriální buňky spojit dohromady a vykonávat práci obrů. Mohou kompostovat slona, oplodnit dubový les nebo rozsvítit oceány v děsivé modrozelené záři bioluminiscence. Některé bakteriální tajné dohody jsou mnohem méně okouzlující a skutečně poškozují. Molekulární komunikace umožňuje 600 různým druhům bakterií, aby se uspořádaly do slizkého zubního plaku, který vede například k rozpadu zubu, a pravděpodobně umožňuje nechutným patogenům, které způsobují streptokokovou pneumonii nebo bubonický mor, časovat uvolnění jejich toxinů, aby se dosáhlo maximálního dopadu na jejich lidské hostitele.

Při dešifrování nuancí bakteriální komunikace se biologové dozvěděli, že lexikony mají dva odlišné styly: soukromý a veřejný. Každý bakteriální druh má svůj vlastní dialekt, molekulární podpis, kterému rozumějí pouze ostatní svého druhu. Bassler se proslavila tím, že objevila, že bakterie provozují i ve druhé, všeobecně uznávanější sadě signálů, které se zdají sloužit jako bakteriální esperanto. "Bakterie mohou spolu mluvit, " říká. "Mohou nejen mluvit, ale jsou také vícejazyčné."

"Bonnie je mistr bakteriálních rozhovorů, " říká Richard Losick, mikrobiolog na Harvardské univerzitě. "Toto je pole, které sahá až do sedmdesátých let, ale znovu jej energicky oživila."

"Její práce je průkopnická, " říká Jo Handelsman, mikrobiolog na Yale University. "My jsme si mysleli, že bakteriální komunikace je něco zvláštního druhu, ale skutečně otevřela možnost, že mezidruhová komunikace je velkou součástí příběhu snímajícího kvora."

Zábavné je, že vědkyně, která pomohla prozradit, že bakterie jsou polygloty, je sama ... ne. "Co čekáš?" Zamumlala. "Jsem Američan! Mluvím anglicky!"

Basslerův vpád do mikrobiálních idiomů je více než akademický. Práce může mít dopad na to, co Centra pro kontrolu a prevenci nemocí nazývá jedním z „nejnaléhavějších problémů veřejného zdraví“ v dnešním světě: rezistence na antibiotika. V posledních letech nadužívání drog, jako je penicilin k ošetření dětských earaches nebo k naočkování hospodářských zvířat přeplněných společně na továrních farmách, vyvolalo výskyt „superbug“, bakteriálních kmenů, které jsou schopny pokrýt prakticky jakékoli konvenční antibiotika lobbovaná na nich.

Bassler a její vrstevníci jsou střeženi optimisticky, že jejich vhled do obvodů snímání kvora nakonec přinese novou, bezpečnější generaci antibiotik. Spíše než snaha zabít bakterie přímo, jak to současná antibiotika dělají - přístup, který snadno vede k rezistenci na léky - nová terapeutika jednoduše zamlží molekulární zprávy, které indukují bakterie, aby způsobily onemocnění. Bassler vysvětluje rozdíl mezi těmito dvěma přístupy tímto způsobem: „Řekněme, že jsem bakterie, a ty mě biješ drogou, jako je penicilin, která se objevuje na bakteriální membráně, ale náhodou mám mutaci, která mě z toho činí nepropustnou. efekt odprýskávání, “říká. "Není pochyb o tom, budu mít okamžitou výhodu růstu."

Řekněme však, že místo toho používáte lék na detekci kvora určený k inhibici bakteriální komunikace, pokračuje, „a jsem bakterie s mutací, díky které jsem imunní vůči blokátorovi.“ Skvělé: Jsem mikrob, který je snaží se dostat do kontaktu se svými přáteli, ale kvůli blokátorovi nikdo kolem mě neposlouchá. Pokud virulence závisí na účinné bakteriální komunikaci, říká, moje osamělá malá mutace mi nedá vůbec žádnou růstovou výhodu: „K čemu mi to dělá?“

Thomas Silhavy, mikrobiolog v Princetonu, který stál před fakultní komisí, která najala Basslera před 16 lety („Udeřil jsem domácí běh, “ říká, že si najal ji. „Udeřil jsem to z parku“), patří mezi ty, kteří mají velké naděje pro případné spinoffs ze studií zaměřených na snímání kvora. „Samozřejmě je vždy velkou výzvou proměnit základní výzkum v lék schválený agenturou FDA, což je výzva v řádu několika milionů dolarů, “ říká. "Ale myslím, že existuje velmi reálná šance, že tento přístup bude fungovat a poskytne nám nové nástroje pro zásahy do konkrétních chorob." Cituje případ cystické fibrózy, vrozené poruchy, při které se hlen hromadí v plicích a hostí kolonie bakterií zvané pseudomonas. Infekce, které by normální dospělí snadno vymrštili, mohou u pacientů s cystickou fibrózou roky vyvrcholit až do jednoho dne, kdy chronické záhyby virulentní a přemoží tělo: nekontrolovatelná infekce pseudomonas je hlavní příčinou úmrtí lidí s touto chorobou. Vědci sledovali počátek virulence k uvolnění molekul snímajících kvora, což jsou chemické posly, které podněcují bakterie, aby začaly fungovat jako skupina. Silhavy teoreticky říká, že droga, která blokovala pseudomonální volání k chaosu, by se mohla při léčbě ničivé poruchy ukázat jako neocenitelná.

Bassler a další vědci identifikovali řadu molekul, které narušují snímání kvora při experimentech s zkumavkami s pseudomonas a bakteriemi cholery; Zdá se, že testované molekuly chrání červy vystavené virulentním mikrobům. Bassler dokonce před několika lety zkusila ruku s vývojem drog u začínající společnosti. Úsilí bylo zřízeno a ona jako první připouští, že lék založený na tomto přístupu je pravděpodobně o deset let nebo déle. Možnost její práce jednou přeložena z laboratorní lavice na postel je součástí její pokračující inspirace.

"Jsme vědci, jsme zvědaví, jak příroda funguje, ale jsme také dobří, " říká. "Je fantastické si myslet, že stejné experimenty, které bychom udělali, abychom pochopili, jak se informace dostane do buněk, by pro ně mohly mít i praktickou stránku."

Je to slunečná sobota ve Philadelphii a venku, v parku, je většina lidí, kteří se mohou rozhodnout být. Přesto je přednáškový sál Wagner Free Institute of Science, se svým tlumeným jantarovým osvětlením, dřevěnými židlemi, sušenými blowfish, lidskými lebkami a dalšími viktoriánskými bric-a-brac, plný lidí fascinovaných ženou vpředu, která se zdá být nesoucí vlastní kousek slunce. Basslerovy komunikační dovednosti se neomezují pouze na věštění Petriho misek. Je dynamem veřejné přednášky, která pravidelně oslňuje profesionální i laické publikum, jako je tato, se svými živými popisy mikrobiální politiky. "Může být velmi charismatická, ale s takovou geekiness, aby vám věděla, že je seriózní vědec, " říká Stephen Winans z Cornell University. Lidé milují její suchý humor a směsici veselé diva grandeur a aw-shucks trvají na tom, že je jen „podvodníkem“, který dělá „genetiku pro dopes“.

"Bakterie jsou nejstarší organismy na Zemi, " rozmnožuje Bassler z pódia. "Už tu jsou čtyři miliardy let." Tvoří 50 procent biomasy Země a téměř 100 procent její biologické rozmanitosti. “

Pokud si myslíte, že bakterie, pravděpodobně si myslíte, nemoci, hniloby a choroboplodné zárodky, a sáhnout po ruce dezinfekci. Bassler vás chce vyrovnat. "Žijete v intimním spojení s bakteriemi a bez nich byste nemohli přežít, " říká. Lidské tělo tvoří biliony lidských buněk, ale ve vás nebo na vás je nejméně desetkrát větší počet bakteriálních buněk. Jste přinejlepším jen 10 procent lidí. Bakterie potahují vaši pokožku ultratenkým ochranným brněním, které pomáhá udržovat škodlivé mikroby na uzdě. Bakterie ve střevě vytvářejí vitamíny K a B12. Máte rádi salát? Vaše střevní flóra produkuje enzymy, takže je můžete trávit. Je to šťastná aféra trans-taxa. Pro bakterie „je to dobrý život, je to tlusté město“, které přebývá v bohatém prostředí lidské bytosti, říká Bassler. Je to mnohem lepší, pokračuje, než vyrazí na vlastní pěst „v louži nebo volně žijícím v oceánu. To jsou ve srovnání s námi nutriční pouště. “Bakterie mohou být mikroskopické - tři miliony se vejdou na špendlík - ale nejsou neviditelné. Až příště navštívíte Grand Canyon a vaše srdce stoupá na nádherných skalních řezech jahodníku a rebarbory, chvilku poděkujte výrobcům. "Bakterie mineralizovaly horniny, uložily železo, " říká Bassler. "Udělali geologii, kterou vidíme."

Bassler žije nedaleko kampusu Princetonu se svým manželem Toddem Reichartem a jejich kočkou Spark. Reichart (48) je herec a návrhář webových stránek. Jejich dům z roku 1915 je kompaktní a elegantní a pokoje jsou natřeny různými jasnými barvami. "Nebojíme se barvy, " říká Bassler, "a barva je něco, na čem se shodneme." Oba mají to, co přítel popisuje jako "hravě sparring" vztah. Stěžuje si, že je blázen. Stěžuje si, že neposlouchá. "Jsi pořád tady?" Řekla a zírala na něj. "Nemáš někde být?" Promiň, Bonnie, říká. "Jsem vášnivou skutečností vašeho života." Ale když konečně odejde na večer, řekne: "Opravdu nás baví být spolu a dělat věci společně." Todd je můj největší fanoušek. “Snažili se mít děti, ale nestalo se to. "Není to, jako by tam byla prázdnota, " říká. "Jsem šťastný člověk." Je to šťastný muž. Máme úžasně bohatý život a všechny tyto děti mám ve své laboratoři. “

Bassler vyrostl v Miami a později v kalifornském Danville s otcem obchodníka, matkou pobytu doma, starší sestrou Elissou a mladším bratrem Rodem. Měla panenky Barbie; byla také žokej. "Jako kluk jsem byl obrovský atlet, " řekla. "Byl jsem v každém sportovním týmu." Byla to také dobrá studentka, a když se uvolnila, její matka ji vrazila do řady. "Řekla mi, že když byla na vysoké škole, žena mohla být jen jednou ze dvou věcí, učitelkou nebo zdravotní sestrou, " říká Bassler. "Ale ty, řekla bys, že můžeš být čímkoli, co chceš." Když viděla, že Bonnie miluje zvířata, našla její matka dobrovolnou pozici v zoo v Miami. "Musím tam být s velbloudy, operovat na lvu, " řekl Bassler. "Byla to ta nejúžasnější práce na světě." Později jí její matka pomohla zajistit pozici v továrně Kaiser Aluminium poblíž Danville a testovat vzorky bauxitu z dolů. "Tak jsem se dostal na vysokou školu, " říká Bassler. "Zjistila jsem, že jsem ráda pracovala v laboratoři." Navštěvovala Kalifornskou univerzitu v Davisu a rozhodla se specializovat se na biochemii.

Basslerovi bylo teprve 21 let, když její matce byla diagnostikována metastazující rakovina tlustého střeva. O tři měsíce později, ve věku 46 let, zemřela. Ztráta je prázdnotou, kterou Bassler zřejmě nemůže zapečetit. "Teď jsem starší než ona, " řekla Basslerová, oči měla slzami. "Bože, jaký rip-off."

"Přál bych si, abych jí mohl říct, že všechny křičí na mě, abych studoval a nastavoval časovač, když jsem cvičil na klavír, to stálo za to, " říká. "Přál bych si, abych jí mohl říct, jak skvělý je tento život."

Bassler přiřazuje čas a místo na začátek velké části svého života: den přednášky na postgraduální škole, kdy se poprvé dozvěděla o chobotnici okouni a jejím úžasném bakteriálním snu. Chobotnice žije u pobřeží Havaje a tráví své dny bezpečně pohřbené v písku a v noci se objevuje při lovu. Vznáší se u hladiny vody a čeká na jídlo, jako jsou například slané krevety. Aby se vyhnuli vržení stínu, který by vyhodil jeho kryt, používá chobotnice malý trik. Pod jeho ochranným vnějším pláštěm nebo pláštěm jsou laloky vypouklé bioluminiscenčními bakteriemi, miliardami a miliardami Vibrio fischeri chemicky zářící chladnou kobaltovou modrou. Oliheň může vycítit, kolik měsíčního světla ho zasáhne, a podle toho upraví otvory na jeho zářících lalocích. Při vyváženém světle shora a zespodu může chobotnice lovit bez stínů. Chobotnice dostane kamufláž, bakterie se ukrývají a živiny a vědci jako Bassler dostávají plynulý systém, ten, kde je žárovka „aha!“ Více než metafora.

Studiem V. fischeri se vědci dozvěděli o bakteriální společennosti. Zjistili, že bakterie budou luminiscenční, pouze pokud budou v davu, sbírají se dohromady, a upustí od žhnoucí, pokud se vznášejí od svých kolegů v osamělém ředění moře. Vědci izolovali molekulu, která bakteriím umožnila sledovat jeden druhého; říkali tomu autoinducer.

Poté, co vydělala doktorát z biochemie na Johns Hopkins University, pracovala jako postdoktorandka v Agouron Institute, výzkumné nadaci v La Jolla. Zatímco tam padala tvrdě pro blikající chobotnice a další lucerny na moři. Studovala V. fischeri a přesunula se k příbuznému druhu zvanému Vibrio harveyi . Líbila se jí snadná manipulace s bakteriemi, jak mohla vytvářet mutanty, tlačit geny kolem, zkřížené a zpětné kmeny. Obzvláště se jí líbilo, že její podivné světelné pracovní koně by zářily, kdyby udělala správnou věc, ale ne, kdyby experiment propadl, což je viditelný indikátor, že její výzkumný tým stále využívá dnešek. "Pokud můžete vypnout vypínač světla v mé laboratoři, " říká Bassler, "jsi v pořádku."

To bylo během studia V. harveyi, že Bassler pomohl udělat pár klíčových objevů: zaprvé, že V. harveyi měl svou vlastní, chemicky odlišnou verzi autoinduceru, pouze pro členy signál pro sledování lokálních V. harveyi čísel; za druhé, že V. harveyi i V. fischeri sekretovali a reagovali na jiný druh molekuly. Tato molekula dokázala vzestup z V. harveyi a V. fischeri podobně, bez ohledu na jeho zdroj. Bassler narazila na její bakteriální esperanto. Dabovala molekulární autoinducer 2 a brzy ji našla prakticky u všech druhů bakterií, které testovala: u šigel, salmonel, E. coli a Yersinia pestis, nositele moru.

Bassler a její kolegové zkoumali molekulu v atomovém detailu a viděli, jak to vypadá, když je sevřena vhodným senzorickým proteinem - „uchem“, které bakteriálním buňkám umožňuje slyšet pláč molekuly. Začali přesně mapovat, jak různé druhy bakterií reagují na univerzální signál, když je dodáván samostatně nebo v kombinaci s jinými molekulami snímajícími kvora. Ukázali například, že když bakterie cholery obdrží směs soukromých signálů pouze cholery a sdíleného signálu, který jsme všichni-bakterie, v tomto společně, mikroby cholery se stanou extrémně virulentní. Zjistili, že molekuly běžného jazyka jsou mikromanovány buněčnými busybody zvanými malé RNA. Zjistili, že systém je ... komplikovaný. "Je to zábava, ale je to těžké, " říká Bassler. "A to je dobře, protože potřebuji práci."

Nejzajímavější lidé mají svůj podíl na rozporech, ale Bonnie Bassler je jako řecké večeři s rozpory: pokaždé, když si myslíte, že jste dosáhli konce, odlepíte další stránku možností. Je hrdá. Je pokorná. Je netrpělivá. Je to svatý. Má šálek kávy, které říká „Diva“, ale volně sdílí své nejistoty. "Bojím se, že moje hvězda padá, že mi dojde šťáva." Vtipky o tom, že se nudí a chce jít domů, ale každému, kdo s ní pracuje, je věčný stroj proti nudě.

"Její nadšení je velmi nakažlivé a vždy je nakažlivé, " říká postgraduální studentka Carey Nadell. "Po prvních několika konverzacích, které jsme měli, když mě nadchla věda, jsem si myslel, že účinek zmizí, jako to dělá u většiny věcí." Ale to se nestalo. Po rozhovoru s ní jsem vždy šťastnější, když jsem s ní věděl. “Tento duch roztleskávačky se neomezuje pouze na vědu. Od pondělí do pátku je Bassler v 5:40 ráno a jde do místní YMCA, kde hodinu vyučuje aerobik. "Je to velmi náročná třída, " říká Jean Schwarzbauer, molekulární biolog z Princetonu, který je jedním z Basslerových nejbližších přátel a krysí kolegyně. "Lidé přicházejí s myšlenkou, že aerobik je něco, na co se musíme zaměřit, ale ona vám dá den, aby si na to zvykla, a pak začne křičet - přátelským způsobem - pokud nebudete dostatečně tvrdě pracovat." "Vidíte hodně stejných lidí znovu a znovu, " říká Schwarzbauer. "Říká tomu kult."

Někteří z jejích vědeckých vrstevníků si stěžovali, že Bassler občas upoutá pozornost. "Myslím, že je velmi talentovaná vědkyně, a já jsem povýšil její kariéru, " říká Peter Greenberg, který studuje snímání kvora na University of Washington. Dodal však, že Bassler může mít „těžký čas“ a dát ostatním kredit. Bassler připouští, že je „šunkou“ a že je ráda, že její příjmení začíná písmenem B, takže je v horní části webové stránky svého oddělení. Přesto je také horlivou spolupracovnicí a navždy hledá nové lidi, se kterými by mohla spolupracovat: chemikové, fyzici, rentgenové krystalografy, strukturální biologové, matematici, evoluční teoretici. Když stála kolem požadavku na zavazadla na mexickém letišti, potkala fyzika s kondenzovanou hmotou a další věc, o které jste věděla, že s ním spolupracuje. Studentka v Basslerově laboratoři jménem Julie Semmelhacková náhodou zmínila svého otce Martyho Semmelhacka, že v laboratoři pracuje na zajímavé molekule. Otec, chemik, okamžitě poznal strukturální profil molekuly - „Je to furanon!“ - takže samozřejmě s ním musel Bassler také spolupracovat.

"Práce s Bonnie mě přesvědčila, že za správných okolností a se správnými lidmi může být spolupráce přínosnější než pracovat pro sebe, " říká Frederick Hughson, molekulární biolog v Princetonu, který studuje strukturu proteinů a dalších molekul.

Vědci z Basslerova kalibru často pro ně pracují 50 nebo 60 lidí, všichni soupeří o pozornost a horké projekty. Bassler má ve své laboratoři 15 nebo 16 lidí a pyšní se dobrým výběrem svých chráničů. "Jen dva lidé za celé ty roky nepracovali, " říká. Její požadavky jsou jednoduché. Pokud chcete pracovat ve své laboratoři, pokud chcete být součástí „značky Bonnie Bassler“, jak to říká, musíte být nesmírně ambiciózní, motivovaní, inteligentní, houževnatí, po ruce pipetou a ne škubnutím. . "Moje skupina vybírá pro určitý druh člověka, a ten člověk má sklon být opravdu, opravdu milý, " říká. "Koneckonců, oni jsou ti, kdo s nimi budou loket lokalizovat pět let, a tyto věci si všimnou." Kandidát navštíví laboratoř a členové řeknou Basslerovi, co si myslí. "Je to snímání kvora, " říká.

Členové její laboratoře jsou jasně připojeni k Basslerovi. Některé z nich byly dokonce svázány. V loňském roce, když Yunzhou Wei plánoval svatební obřady, zaslechl od jiného vědce v Princetonu, že Bassler má licenci k provádění svatebních obřadů.

"Do kostela na webu jsem poslal dolar a dostal jsem certifikát, " říká Bassler. "Jsem si jist, že se jedná o úplný daňový podvod." Když Wei požádala ji, aby udělala vyznamenání, už se zmocnila dvou svateb a křtu. "Jsem hlupák, " vzdychne Bassler.

"Měli jsme 60 lidí pocházejících z celé země, " říká Wei. "Bonnie udělala opravdu dobrý obřad." To nás všechny přiblížilo. “

U lidí, stejně jako u bakterií, není nic silnějšího než komunita, účelně sjednocená správnými slovy.

Natalie Angier je vědeckou spisovatelkou Pulitzerovy ceny a autorem časopisu The Canon, Natural Obsessions a dalších knih.

Bakterie koordinují své chování a narušování jejich komunikace může zabránit nebo vyléčit infekce. Julia van Kessel zkoumá bakterie v laboratoři Bonnie Basslerové. (Zachary Donnell / Bassler Lab)

„Bakterie mohou spolu mluvit, “ říká Bonnie Basslerová. "Mohou nejen mluvit, ale jsou také vícejazyčné." A ona ví, jak mluvit jejich jazyky. (Richard Schulman)

Bakterie Vibrio harveyi fluoreskují, když cítí dav. (Zachary Donnell / Bassler Lab)

Výměna DNA bakterií Cholera. (Dr. Kari Lounatmaa / Photo Researchers, Inc.)

Bakterie Pseudomonas často infikují pacienty s cystickou fibrózou. (Science Source / Photo Researchers, Inc.)

V. harveyi může být učiněno kouzlem. (Zachary Donnell / Bassler Lab)

Členové Basslerových laboratoří, jako je Shu-Wen Teng, zobrazený zde pomocí fluorescenčního mikroskopu, mohou říci, kdy jejich experimenty uspěly, protože bakterie přestaly žhnout. (Zachary Donnell / Bassler Lab)