Salah satu penemuan pertama tentang perilaku dan kemampuan kognitif bakteri yang tidak lazim adalah sinyal yang dikeluarkan oleh banyak anggota masyarakat untuk membuat keputusan kelompok. Sinyal kuorum sensing ini merangsang serangan kolaboratif dan migrasi dengan merasakan jika ada cukup sinyal untuk melakukan aktivitas. Kemudian, diketahui bahwa setiap bakteri memiliki banyak kemampuan komunikasi yang luar biasa yang memungkinkan mereka memanipulasi sel manusia yang jauh lebih besar dan lebih kompleks.

Kapasitas ini membuat kita bertanya-tanya apakah bakteri punya otak? Daftar otak seperti kualitas pada makhluk bersel tunggal, yang lebih mengherankan lagi, banyak virus yang lebih kecil telah diamati dengan perilaku kompleks dan kemampuan untuk memanipulasi sel manusia.

Virus benar-benar hanya sebagian kecil DNA atau RNA yang dapat memproduksi cukup protein untuk bertahan hidup, bepergian dan bereproduksi. Tapi, bagaimana dengan protein ini? Kadang-kadang mereka hanya menunjukkan teknik penghindaran yang rumit dari sistem kekebalan manusia yang jauh lebih kompleks. Telah diamati bahwa virus harus menggunakan sinyal untuk perilaku yang rumit ini, namun terlalu kecil untuk mengamati komunikasi langsung.

Baru-baru ini penemuan yang sangat dramatis adalah seperangkat sinyal peptida kecil yang digunakan oleh virus fag untuk berkomunikasi. Phages adalah kelas virus yang menyerang dan memanipulasi bakteri di dalam sel manusia. Virus phage entah bagaimana bisa membajak mesin genetika bakteri yang jauh lebih kompleks untuk menghindari penangkapan dan membuat salinan dari dirinya sendiri.

Sinyal yang baru ditemukan ini keluar ke komunitas virus fag dan mengubah tingkah lakunya. Meskipun telah jelas bahwa virus harus berkomunikasi dalam beberapa hal agar berfungsi seperti yang mereka lakukan, inilah sinyal dan sistem komunikasi aktual yang pernah ada.

Membunuh atau Istirahat

Salah satu keputusan utama virus fag adalah cara menginfeksi dan tinggal di dalam bakteri versus dapat membunuhnya. Dengan membunuh bakteri, virus yang telah diproduksi dilepaskan untuk menginfeksi sel lainnya. Tapi, dengan bertahannya bakteri virus bisa terus membuat salinan? Tapi juga, mereka tidak akan menggunakan semua bakteri yang mereka butuhkan untuk bertahan hidup dan bereproduksi.

Terkadang virus fag menjadi bagian dari gaya hidup bakteri dan bahkan bermanfaat bagi bakteri. (Mereka juga bisa bermanfaat bagi manusia dalam beberapa kasus, seperti mempertahankan lapisan sel usus di penghalang mukosa). Mereka sering mengangkut informasi penting di antara anggota komunitas bakteri, seperti gen yang memungkinkan resistensi terhadap antibiotik.

Sebenarnya, bakteri telah ditemukan yang pada dasarnya memproduksi virus mereka sendiri sebagai cara untuk mengirimkan informasi, bersama dengan banyak cara lain, seperti sinyal yang mereka miliki. Dapat membangun dengan perangkat jarum suntik kompleks yang menyuntikkan molekul ke dalam sel.

Virus jauh lebih kecil dari bakteri dan jauh lebih kecil dari sel manusia. Karena sangat kecil, teknologi baru mulai bisa mengamati perilaku virus. Ketika sistem komunikasi ditemukan untuk virus yang menyerang sel manusia, maka era medis yang sama sekali baru akan menyatu dimana sinyal ini dapat dicegat sebagai perawatan medis. Ini sama dengan era pengobatan medis saat dimana sinyal di antara bakteri adalah, sel kekebalan, sel usus, sel otak dan banyak lainnya dapat digunakan untuk pengobatan kanker.

Mengingat perilaku mereka yang sangat rumit, tidak diragukan lagi semakin banyak sinyal komunikasi yang akan ditemukan di masa depan. Sinyal ini ditemukan pada fag yang menyerang bakteri Bacillus.

Mikroba “Otak”

Mikroba individu yang memecahkan masalah kompleks dari beberapa masukan, seperti menemukan makanan dan menghindari predator. Mereka berkomunikasi untuk memutuskan aktivitas masyarakat yang kompleks.

• Selaput sel mikroba memiliki daerah spesifik yang bertindak sebagai organ sensorik dari sinyal kimia atau mekanis beberapa membentuk kisi reseptor berbentuk heksagonal. Mereka mengambil bahan kimia tertentu dan merupakan bagian dari sistem besar yang dapat merespons berbagai perubahan kimiawi di lingkungan. Ini seperti neuron sensorik di otak yang memicu aksi.
• Mikroba menggunakan sinyal listrik yang dikirim dari satu bakteri ke bakteri lainnya, seperti pada silia untuk mengubah gerakannya. Ini seperti potensi aksi neuron.
• Mikroba menggunakan protein yang berkontraksi untuk bergerak dan menyebar, seperti neuron yang menavigasi seluruh otak dan membangun akson.
• Mikroba mengirim sinyal kimia ke sel lain yang memiliki berbagai macam tindakan. Ini mirip dengan neurotransmiter dan sitokin. Sebenarnya, mikroba membuat sinyal yang sama ini.
• Mikroba mengintegrasikan banyak sinyal – suhu, kimia, dan sentuhan – dan membuat keputusan tentang tindakan masa depan.
• Mikroba berperan sebagai individu atau dalam kelompok. Mereka bergerak tanpa di luar pemicu untuk mencari makanan dan merespons waktu.

Sebenarnya, virus memiliki banyak perilaku yang sama. Namun penelitiannya baru saja dimulai dan tidak dipahami bagaimana mereka dapat memiliki perilaku yang begitu kompleks.

Aktivitas Virus Cerdas

Beberapa peneliti telah berpikir virus tidak hidup. Tapi, untuk sesuatu yang begitu sederhana, tingkah lakunya cukup luar biasa. Mereka mampu menghindari pencarian dan menghancurkan sistem sel dan organ manusia yang sangat besar. Virus bisa menipu pola reseptor pada sel manusia dengan berbagai cara. Mereka dapat mengganggu mereka, bersembunyi dari mereka atau memodifikasi jalur serta adaptor molekuler tertentu. Mereka melakukan ini dengan jumlah protein yang sangat kecil yang melakukan banyak tindakan kompleks.

Ebola hanya memiliki 7 gen dan 7 protein. Ini bisa membangun kapal kompleks yang sangat besar untuk bepergian. Ini menghindari dan meniru banyak jalur untuk memasuki sel, di mana ia menghindari sensor dan bahkan mampu membangun umpan untuk membingungkan sistem kekebalan tubuh manusia. Ini membajak rakit protein penting di membran sel dan menggunakannya untuk berbagai tujuan.

Sistem Komunikasi Virus Phase Arbitrium

Istilah baru untuk sistem komunikasi fage ini yaitu arbitrium untuk “keputusan”, diberikan oleh penemuan minggu lalu. Penelitian ini mulai mencari cara agar Bacillus subtilis memperkenalkan anggota komunitas bakteri lainnya. Bakteri mengubah perilaku mereka berdasarkan serangkaian sinyal kimia. Komunikasi termasuk memberitahu kelompok untuk bereproduksi lebih cepat atau menjadi lebih berbahaya dan menciptakan serangan menular.

Sinyal fag yang baru ditemukan mengubah perilaku komunitas fag dan memberitahu mereka untuk menempatkan gen mereka ke dalam genom bakteri dan menunggu alih-alih membunuh bakteri tersebut.

Begitu para periset menyadari bahwa ada sinyal semacam itu, mereka butuh waktu lebih dari dua tahun untuk menemukannya. Bila ada lebih banyak protein kecil ini, fag berhenti membunuh bakteri dan tetap berada di dalam bakteri hidup. Virus ini sebenarnya menghasilkan dua protein lain yang merupakan bagian dari proses ini. Kita mengukur berapa banyak arbitrium yang ada dan yang lainnya membantu invasi di masa depan.

Rincian Arbitrium

Peptida fase yang digunakan untuk sistem komunikasi melibatkan enam asam amino. Berbagai fag membuat peptida kecil mereka sendiri sebagai sinyal terhadap virus lain. Sistem peptida ini memiliki tiga gen-aimP membuat peptida sinyal; AimR membuat reseptor untuk peptida; Dan aimX sebuah molekul regulator yang bisa memperlambat proses jika terlalu banyak bakteri yang terbunuh. Sistem ini memungkinkan fag mengetahui berapa banyak infeksi yang terjadi untuk menentukan apakah akan membunuh atau diam.

Peneliti sebelumnya telah melakukan penelitian terhadap fag Lambda untuk E. coli yang menunjukkan bahwa keputusan ini tampaknya terkait dengan jumlah makanan yang tersedia dan jumlah fag yang ada. Bakteri biasanya menggunakan peptida sebagai sinyal untuk penginderaan kuorum mereka.

Rincian lain dari mekanisme ini mencakup fakta bahwa aimP disekresikan dari sel ke ruang ekstra seluler dengan dua penggabungan ke dimer di sana. AimR sebagai dimer kemudian merangsang AimX.

• Pada bakteri, peptida mengikat reseptor yang mengubah perilaku genetik sel
• Sistem fag bekerja saat tiga peptida diproduksi
• AimR menjadi dimer dan kemudian menstimulasi lebih banyak AimX
• Blok AimX menghalangi jalur genetik untuk memasukkan DNA ke dalam bakteri dan malah menghasilkan siklus untuk membunuh mekanisme yang belum diketahui
• AimP tetap berada di ruang ekstra selular sebagai dimer

Ketika fag baru memasuki bakteri, beberapa peptida diambil bersamaan dengan transporter. Di dalam sel ini berikatan dengan reseptor AimR, yang beralih dari dimer ke monomer menjadi tidak aktif. Ini menghentikan penghambatan lifogeni AimX (penyisipan yang tenang) dan menghasilkan keadaan yang tenang.