Ватромет боја у микро-свету

У тајанственом сјају природе, микроорганизми крију фасцинантну тајну. Док свет обележава почетак Нове године великим ватрометом, постоји скривени спектакл који се одвија на микроскопском нивоу. Добродошли у свет луминисцентних микроорганизама, где ови минијатурни чаробњаци боје природу на потпуно јединствен начин.

За разлику од лампица на јелци које светле захваљујући струји, неки живи организми могу у ензимски посредованој реакцији стварати и емитовати светлост што се назива процесом биолуминисценције. Многи организми показују способност биолуминисценције као нпр. свици али и много ситнији попут неких бактерија, гљива, книдарија, анелида, артропода.... Биолумунисцентне бактерије су оне чији геноми садрже гене за ензим луциферазу (lux гени) који има главну улогу у продукцији светлости. Реч луцифераза потиче од латинске речи lucifer што значи носилац светлости, а у чијем се корену налазе речи lux - светлост и ferre - носити. Неке од бактерија са луминисцентним способностима припадају родовима: Aliivibrio, Photobacterium, Photorhabdus, Vibrio. Већина луминисцентних бактерија су грам негативни (Г-), неспорогени, покретни, хемоорганотрофни организми који се могу наћи у морским екосистемима, док се неки родови (нпр. Photobacterium) могу наћи и на копну.

Еволутивна сврха биолуминисценције различитих организама најчешће се огледа у привлачењу партнера или заштити од предатора, када луминисценција служи као знак упозорења. ; Код луминисцентних бактерија, пре свега у воденим срединама, способност луминисценције олакшава привлачење предатора ; у чијем ће се дигестивном тракту настанити и на тај начин омогућава лакши опстанак ових бактерија.

Откриће гена за луциферазу привукло је пажњу бројнх научника који су ове гене инкорпорирали у геноме других бактерија, а затим и сложенијих организама. lux гени се примењују у области молекуларне биологије и генетике, када се промена интензитета емитоване светлости ; користи као маркер за праћење активности одређених гена или сигналних путева у ћелији. Такође, lux гени се могу користити у екотоксикологији и фармацији за конструкцију биосензора када смањење емисије светлости из ћелије указује на оштећен метаболизам ћелије и токсичност испитиване супстанце. Гени за луциферазу користе се и у испитивањима туморских ћелија. У геном туморске ћелије интегришу се гени за луциферазу, ћелије се инјектују у експерименталну животињу и затим се преко емисије светлости из туморских ћелија процењује раст тумора или одговор на терапију.

Поред lux гена, саме луминисцентне бактерије могу послужити као сензитивни, а ипак лако доступни и јефтини биосензори. Нарочито се користе у еколошким истраживањима за праћење концентрације различитих загађења у води, као и за праћење степена опоравка претходно контаминираних екосистема. Такође, луминисцентне бактерије нашле су примену и у прехрамбеној индустрији где служе за детекцију токсичних материја у прехрамбеним производима.

Луминисцентне бактерије могу имати више животних форми – слободноживећи организми у води или ређе на копну, симбиотска форма, када насељавају органе за стварање светлости или дигестивни систем разних морских животиња… Један од познатих примера ове симбиозе је риба пецач (енгл. anglerfish) која поседује светлосни орган у виду продужетка изнад главе на коме живе луминисцентне бактерије. Ове рибе живе на великим дубинама, у областима сталног мрака па светлост емитовану од бактерија користе као мамац како би привукле плен. Слична симбиоза је описана и са bobtail лигњом.

Слободноживеће луминисцентне бактерије лебде у воденим екосистемима. У одређеним периодима године, када се услови савршено поклопе (обиље нутријената, одговарајућа температура и pH средина у води…), путем процеса quorum sensing долази до организације луминисцентниих бактерија у масовне заједнице. Свака бактерија у овом скупу, синхронизована са другима, почиње да испољава ген за луциферазу чиме се ствара плавичаст светлосни ефекат на површини мора. Овај природни спектакл познат је и као феномен млечног мора и најчешће се виђа дуж обале Индијског океана.

Иако су научници дубоко заронили и истражили свет биолуминисцентних бактерија, неопходан је наставак истраживања ових јединствених микроорганизама и начина како они утичу на комплексан живот у морским дубинама и другим екосистемима. За више информација о овој теми предлажем да погледате TEDEd снимак: ; https://www.ted.com/talks/leslie_kenna_the_brilliance_of_bioluminescence?utm_campaign=;tedspread&;utm_medium=;referral&;utm_source=;tedcomshare.

Аутор: Милица Младеновић, ЦСНИРС

ЛИТЕРАТУРА:

1. Dunlap P.V. (2009) Bioluminiscence, Microbial. Encyclopedia of microbiology, 45-61.

2. Meighen E.A. (1991) Molecular Biology of Bacterial Bioluminiscence, Microbial. Rev., vol.55, No.1.

3. Текић Т. (2019) Bioluminiscencijski reporterski geni i njihova primjena u razvoju lekova, Dipl. Rad.

4. Bazhenov S.V. et al (2023) Bacterial lux-biosensors: Constructing, applications, and prospects, Biosensors and Bioelectronics: X.

5. Mwinyihija M. (2009) An Overview of Selected Lux-Marked Biosensors and its Application as a Tool to Ecotoxicological Analysis, Biosensors: Properties, Materials and Applications, chapter 6.

6. Тanet L. (2009) Bacterial bioluminescence – ecology and impact in the biological carbon pump. Biogeosciences, vol. 17, issue 14.

7. Dunlap P.V., Urbanczyk H. (2013). Luminous Bacteria. In: Rosenberg, E., DeLong, E.F., Lory, S., Stackebrandt, E., Thompson, F. (eds) The Prokaryotes. Springer, стр. 495-528.

8. Nwankwo CE, Chigor VN, Akani NP. (2019). Bacterial Bioluminescent Biosensors: Principle and Applications. Adv Biotechnol Microbiol. 15(1): 555901.