Bakterie produkují nejpevnější lepidlo na světě

Gekoni, mušle a svijonožci - současní nadějní kandidáti na producenty pevných biologických lepidel, musí se studem ustoupit novému soupeři, který byť mnohonásobně menší, všechny hravě strčí do kapsy. Nepatrná vodní bakterie Caulobacter crescentus produkuje speciální cukernou lepivou látku, která je tak silná, že by i nepatrné množství dokázalo udržet ve vzduchu několik osobních automobilů. Toto „super lepidlo“ má adhezivní sílu téměř 2 tuny na čtverečný centimetr a řadí se tím k jednomu z nejpevnějších přírodních lepidel.

Kdo již někdy používal vteřinové lepidlo, ví, že musí pracovat s velkou přesností. I jedna špatná kapka může místo vázy v mžiku slepit nešikovné prsty. Pokud nepracujete dostatečně rychle, lepidlo ztuhne a ztratí svou adhezivní sílu. Je tedy s podivem, že tato malá vodní bakterie dokáže přesně a účinně koordinovat čas a místo vylučování svého“ vteřinového lepidla“ a aplikovat ho na různé materiály ve svém okolí. Proč to ale vůbec dělá?

Pro bakterie je „přilepení“ k povrchu životně důležité. Dokáží tak vytvářet komplexní mikrobiální společenstva, tzv. mikrobiální biofilmy, které se v mnoha ohledech chovají jako mnohobuněčné organismy. Bakterie v biofilmu spolu dokáží komunikovat, lépe využívat živiny z okolního prostředí a dokonce vyměňovat fragmenty DNA, které jim umožňují získávat nové vlastnosti. Mikrobiální biofilmy se tvoří na různých površích, od kamenů na dně potoků a moří až po zubní plak. U patogenních bakterií představují vážné nebezpečí, jelikož bakteriální biofilm dokáže lépe odolávat podávaným antibiotikům. Pokud pochopíme, jak se bakterie dokáží přichytit k povrchu a jaké sloučeniny k tomu využívají, pomůže nám to lépe bojovat proti infekčním chorobám a vyvíjet třeba i účinnější zubní pasty.

Na kloub celému procesu „přilepení“ bakterie Caulobacter crescentus na pevný povrch se snaží společně přijít vědci z Univerzity v Indianě a Brownovy univerzity. Za tímto účelem použili vysokorozlišovací video mikroskopii a celý proces sledovali v reálném čase. Volně plovoucí bakterie se pohybuje pomocí bičíku, podobně jako loď používá lodní šroub. Na svém povrchu obsahuje jemné „chloupky“, tzv. pili. Pokud se bakterie přiblíží k povrchu, dojde nejprve k jeho „osahání“ pomocí polárně umístěného bičíku, který přestane rotovat a s pomocí pilusů se bakterie zachytí na povrchu. Tento prvotní kontakt stimuluje tvorbu cukerných adheziv, které se uvolňují v místě kontaktu bakterie s povrchem a podobně jako při aplikaci vteřinového lepidla dojde k okamžitému „přilepení“ bakterie k povrchu.

Vědci zjistili, že pro odtržení C. crescentus od povrchu je zapotřebí vyvinout sílu 70 newtonů na čtverečný milimetr, což je 7x vyšší síla než je schopen vyvinout gekon na svých prstových polštářcích. Komerční vteřinová lepidla dosahují maximální síly 25 newtonů na čtverečný milimetr. Bakteriální lepidlo je navíc možné vyrábět velmi snadno, stačí pouze vhodně kultivovat bakteriální buňky.

Vědci dále zjistili, že podobně stimulovanou produkci „lepidla“ používají i další druhy bakterií. Je tedy velmi pravděpodobné, že je tento proces u bakterií běžný a u patogenů navíc velmi nebezpečný pro napadeného hostitele.

V současné době nachází „bakteriální vteřinové lepidlo“ uplatnění i v praxi. Jelikož je bakteriální lepidlo produkováno výhradně ve vodném prostředí jeví se jako ideální jeho aplikace v medicíně a aplikované biochemii. Tým pod vedením Marka Howartha z Oxfordské Univerzity testuje jeho využití při „slepování“ specifických proteinů.

„S  bakteriálním lepidlem dokážeme nyní lépe diagnostikovat, nebo chcete-li, slepit k sobě membránové proteiny raných rakovinných buněk, které jinak volně obíhají v krvi. Je ale celá řada dalších využití. Můžeme nyní např. studovat, jak se u slepených buněk změní jejich biochemie a metabolismus“, říká Dr. Howarth a s neskrývaným úžasem dodává: „Námi testované bakteriální lepidlo bylo tak pevné, že nám dokonce rozbilo zařízení na měření síly lepidel. Nic podobného se nám ještě nestalo.“

Lepidlo bylo v tomto případě vytvořeno ze speciálního proteinu FbaB produkovaným bakterií Streptococcus pyogenes. Vědcům se tak podařilo zkrotit jinak patogenní bakterii způsobující nekrotizující fasciitidu a přimět ji pracovat v jejich prospěch. Lepidlo produkované bakterií odolává vysokým i nízkým teplotám, kyselinám a dalším nepříznivým fyzikálně-chemickým vlivům.

Výsledky vědci prezentovali na Národní konferenci americké chemické společnosti letos v březnu a v zahraničním časopise PNAS. Do výzkumu se nyní zapojili i specializovaní biochemici, kteří se snaží zjistit přesné složení bakteriálních lepidel, což by v budoucnu umožnilo je připravovat uměle.

Uvidíme, jak se tento nový biotechnologický směr bude vyvíjet dále.

Autor:  Ing. Jiří Bárta, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Bacteria used to make a molecular ‘super glue’. http://digitaljournal.com/article/348102

http://www.nature.com/news/2006/060410/full/news060410-1.html

http://www.livescience.com/18381-bacterial-glue-stickiest-substance-nsf-ria.html