Tutkijat selvittävät bakteerien viestinnän välisiä suhteita – hyötyä muun muassa lääkkeille vastustuskykyisten bakteerien hoidossa

Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet koneoppimista ja laboratoriokokeita yhdistämällä perehtymään bakteerien viestinnässään käyttämiin eri kieliin. Bakteerien kommunikoinnin – ja myös sen, milloin ne eivät pysty kommunikoimaan – ymmärtämisestä on hyötyä lääkkeille vastustuskykyisten bakteerien hoidossa sekä uusien biotietokoneiden kehittämisessä.

Tutkimus pohjaa aiempaan hankkeeseen , jossa tutkijat osoittivat, että bakteerien keskinäisen viestinnän häiritseminen on tehokas tapa torjua moniresistenttejä bakteereja. Bakteerit käyttävät pieniä molekyylejä kommunikoidakseen keskenään ja ohjaillakseen infektiota. Tutkimusryhmä onnistui osoittamaan, että bakteerien keskinäisen viestinnän häiritseminen vaikuttamalla näihin molekyyleihin paitsi vähensi tulehdusta, teki myös bakteereista alttiimpia antibiooteille.

Tuoreessa tutkimuksessa tarkasteltiin tarkemmin niitä tapoja, joilla bakteerit kommunikoivat. Tutkijat yhdistivät analyysissään koneoppimista ja laboratoriossa tehtyjä kokeita tutkiakseen kaikkia noin 170:tä tunnettua bakteerien kommunikointitapaa. Analyysin avulla saatiin käsitys kommunikointitapojen yhtäläisyyksistä ja eroista. Tätä ymmärrystä voidaan jatkossa käyttää sekä haitallisten bakteerien häiritsemiseen että hyödyllisten "bakteerilogiikkapiirien" rakentamiseen.

Tutkimuksen ensimmäinen vaihe oli koneoppimisanalyysi: kommunikointitavat jaoteltiin ryhmiin niiden molekyylien rakenteen perusteella. Tuloksena syntyi ryhmiä, jotka koostuivat toisiaan muistuttavista kommunikointitavoista – ja erosivat muiden ryhmien kommunikointitavoista. Tämä on verrattavissa ihmiskieliin: englanti, ranska ja hollanti kuuluvat yhteen kieliryhmään, kun taas esimerkiksi arabia ja heprea kuuluvat toiseen. Seuraavaksi tutkimusryhmä osoitti kokeellisesti, että bakteerit ymmärtävät jonkin verran näitä toisiinsa liittyviä kommunikointitapoja.

"Teimme bakteereille ikään kuin ’kielikokeen’, ja havaitsimme, että bakteerit, jotka käyttävät samankaltaisia kommunikointitapoja voivat ymmärtää toisiaan, aivan kuten hollantilainen voi ymmärtää saksaa. Testasimme myös hyvin erilaisia kommunikointitapoja käyttävien bakteerien välistä viestintää ja havaitsimme, että ne eivät ymmärrä toisiaan lainkaan – aivan kuten suomea, hollantia ja arabiaa puhuvien ihmisten välinen keskustelu ei etenisi kovinkaan pitkälle", sanoo tutkimusta johtanut tohtorikoulutettava Christopher Jonkergouw.

Tutkijat osoittivat, että näiden työkalujen avulla voidaan tarkasti arvioida bakteerien kommunikointitapojen välisiä yhteyksiä, ja myös ennustaa, ymmärtävätkö ne toisiaan. Nämä havainnot ovat erittäin arvokkaita, kun ryhmä jatkokehittää uutta hoitomenetelmää. Kommunikointitavoilla on myös vaikutuksia bioteknologiaan: niitä voidaan käyttää eri bakteeriyhteisöjen ryhmien välisten tehtävien ohjaamiseen – tai jopa bakteerien mikroprosessoreissa.

Tutkimus on äskettäin julkaistu Angewandte Chemie -lehden kansainvälisessä versiossa.