Bacteriile hibernante supraviețuiesc în spațiu și în spitale, dar bugetul lor energetic dezvăluie o vulnerabilitate
O sporă bacteriană funcționează ca o capsulă de supraviețuire: deshidratată aproape complet, învelită într-o armură proteică, cu procesele chimice oprite. Bacteriile intră în această stare de hibernare atunci când condițiile de mediu devin nefavorabile. Ceea ce rezultă este aproape indestructibil: poate supraviețui fierberii, deshidratării, radiațiilor și vidului spațial. NASA a fixat cândva spori de Bacillus pe exteriorul unui satelit și i-a lăsat pe orbită aproape șase ani; cei protejați de lumina solară au putut reveni la viață la întoarcerea pe Pământ.
În sol, bacteriile au transmis această capacitate de a forma spori timp de aproximativ 3 miliarde de ani. Dar dacă o astfel de bacterie este plasată într-un balon de laborator confortabil și hrănită bine, în câteva mii de generații își va pierde complet capacitatea de a produce spori. Această paradoxă i-a frământat pe microbiologi timp de decenii.
Cercetări publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences sugerează că răspunsul ține de energie. Formarea și reînvierea unei spori costă aproape 10 miliarde de molecule de ATP, una dintre cele mai scumpe operațiuni pe care le realizează vreodată o bacterie. În comparație, construirea unui flagel și înotul în căutarea hranei costă doar o fracțiune din această sumă.
Marea parte a ATP-ului nu este combustibil ars efectiv, ci un cost de oportunitate: materialele de construcție care ar fi putut deveni o celulă nouă ajung în armura sporii și în proteinele protective. O bacterie care formează spori nu doar consumă energie, ci renunță și la șansa de a se reproduce în timp ce bacteriile vecine se divid activ.
Bilanțul energetic arată și o vulnerabilitate. O sporă dormantă nu conține aproape deloc combustibil gata de utilizare, ci material brut: proteine mici în jurul ADN-ului, din care poate obține aminoacizi, și compuși de carbon pe care îi poate arde în câteva minute după umezire. Costul construirii unei spori este distribuit neuniform: celula-mamă acoperă aproximativ 87% din cost, hrănind spora printr-un canal îngust, înainte de a se dizolva pentru a o elibera.
Trezea unei spori are loc în două etape. Germinarea este rapidă: în circa 15 minute, spora se rehidratează și își leapădă armura. Urmează creșterea, trei sau patru ore de reconstruire a proteinelor și mecanismelor unei celule funcționale. Abia la finalul acestui proces bacteria este din nou vie și capabilă să se înmulțească.
Aici apare punctul slab: o sporă nu poate finaliza trezirea doar cu rezervele interne. Dacă se trezește într-un mediu fără hrană, a renunțat la armură fără să-și completeze revenirea la viață. Cercetătorii au reușit să declanșeze germinarea sporilor pe piele și pe suprafețe spitalicești, ucigându-i apoi înainte de a se transforma în bacterii infecțioase. Calculele arată că acest lucru funcționează pentru că etapa cea mai vulnerabilă nu este germinarea, ci creșterea care urmează, consumând 88% din energia reînvierii.
Sporii nu sunt doar o curiozitate a microbiologiei solului. Clostridioides difficile, o bacterie formatoare de spori care infectează intestinul și provoacă diaree severă și colită, se răspândește prin spitale și centre de îngrijire tocmai prin intermediul sporilor. Antraxul și botulismul provin, de asemenea, de la bacterii formatoare de spori. Armura care ajută bacteria să treacă peste o secetă o ajută să treacă și peste dezinfectanți și gelul de mâini pe bază de alcool. În timp ce înălbitorul poate distruge armura, este prea dur pentru piele; pentru mâini, recomandarea este apă și săpun simplu, pentru a îndepărta sporii.
Rezultatele explică atât de ce bacteriile păstrează obiceiul de a forma spori acolo unde viața este grea, cât și de ce îl abandonează acolo unde viața este ușoară. În anii 1920, matematicianul Alfred Lotka a susținut că evoluția favorizează ceea ce captează și utilizează cel mai multă energie. Cercetările ulterioare au măsurat costul construirii unei singure gene, al unei particule virale și al unui organism animal complet.
Biologul Christopher Kempes a extins calculele echipei: costul construirii unei spori și costul menținerii stării latente depind ambele de dimensiunea celulei, dar nu în același ritm. Astfel, o bacterie mare își recuperează costul unei spori mai repede decât una mică, ceea ce înseamnă că dormanța este o strategie mai avantajoasă cu cât organismul este mai mare. Extrapolând relația spre cele mai mici celule, rezultă un prag: sub o anumită dimensiune, o bacterie nu ar putea recupera niciodată costul construirii unei spori. Nimeni nu a verificat încă această predicție.
