W latach 70. XIX w. niemiecki lekarz, Robert Koch próbował śledzić epidemię wąglika, która dziesiątkowała pobliskie farmy. Inni naukowcy znaleźli w truchłach padłych zwierząt bakterie z gatunku Bacillus anthracis. Koch wstrzyknął te bakterie myszy, która wkrótce zdechła. Następnie odzyskał bakterie ze zdechłej myszy i powtórzył ten przygnębiający proces dwadzieścia razy. W ten sposób Koch bezspornie dowiódł, że B. anthracis wywołuje wąglika.

To wiekopomne doświadczenie i wiele podobnych w wykonaniu m. in. L. Pasteura potwierdziło, że wiele chorób jest wywoływanych przez mikroorganizmy. Mikroby, które były ignorowane przez setki lat wcześniej szybko zostały obsadzone w roli siewców śmierci i zniszczenia. Zarazki, patogeny, sprawcy plag, w zaledwie 20 lat od prac Kocha nad wąglikiem odkryto bakterie odpowiedzialne za trąd, rzerzączkę, tyfus, cholerę, dyzenterię, tężec i dżumę. Mikroby stały się synonimem choroby. Stały się też wrogiem, z którym trzeba walczyć.

Dzisiaj wiemy, że taki pogląd jest fałszywy.* Pewnie- niektóre bakterie powodują choroby, ale to mniejszość. Większość jest wobec nas neutralna, a wiele z nich nawet korzystne. Wiemy, że nasze ciała zamieszkują biliony bakterii - nasz tzw. mikrobiom** jest kluczowym elementem naszego życia. Bynajmniej nie sprawiają, że chorujemy. Pomagają nam w trawieniu, szkolą nasz układ odpornościowy, a nawet być może wpływają na nasze zachowanie. Odkrycia związane z tymi funkcjami bakterii zmieniły narrację jaką wobec nich stosujemy. Zaczynamy widzieć bakterie jako sojuszników, którzy powinni być chronieni. Kolorowe pisma zaczęły pisać o tym, że antybiotyki i środki dezynfekujące mogą nam szkodzić niszcząc naszych bakteryjnych sprzymierzeńców. Powoli koncepcja, że bakteria to wróg, który musi zostać zniszczony zmienia się w “bakterie to nasi przyjaciele”.

Jest jeden problem oboma spojrzeniami - są całkowicie błędne. Nie możemy zakładać, że bakteria jest “dobra” bo mieszka w naszym ciele. Nie ma czegoś takiego jak “dobra bakteria” i “zła bakteria”. Tego typu generalizacje nadają się może do książek dla dzieci ale są bardzo szkodliwe jeżeli opisujemy skomplikowany, pełen szarości i zależności świat organizmów żywych.

W rzeczywistości bakterie zajmują kontinuum trybów życia. Jeżeli pasożytują na nas nazywamy je patogenami, jeżeli są neutralne, komensalistami, jeżeli sprzyjają nam symbiontami. Ale te role nie są statyczne. Bakterie potrafią w zależności od warunków być zarówno symbiontami jak i pasożytami. Przykładowo Wolbachia, bakteria znajdowana w 40% gatunków owadów, u niektórych jest pasożytem zabijającym lub manipulującym samcami, u innych jest wewnętrznym suplementem diety odpowiedzialnym za dostarczanie witamin nieobecnych w diecie owada.

Jeszcze inne bakterie mogą pełnić obie role w tym samym czasie. Helicobacter pylori to bakteria, która w naszym żołądku powoduje wrzody i nowotwory. Mniej osób wie, że ta sama bakteria chroni nas przed nowotworami przełyku - i dokładnie te same szczepy robią obie rzeczy. H. pylori nie jest zły ani dobry - jest i zły i dobry.

To wszystko oznacza, że etykiety pasożyta, komensalisty czy symbionta nie znaczą zbyt wiele w kategoriach absolutnych. To raczej etykietki mówiące o tymczasowym stanie - tak jak bycie głodnym, śpiącym czy żywym. To opisy stanu a nie kategorie i powinno się je zawsze odnosić do danego czasu i miejsca.

Nichole Broderick, profesor University of Connecticut, znalazła świetny przykład takiego zmiennego związku studiując glebową bakterię Bacillus thuringensis (Bt). Produkuje ona toksyny, które zabijają owady perforując ich jelita. Rolnicy wykorzystują to od lat 20. XX wieku opryskując rośliny tą bakterią jako żywym pestycydem. Znalazło to zastosowanie we wszelkich technologiach rolniczych - nawet tych eko. Mimo lat stosowania, do niedawno nie wiedzieliśmy dokładnie jak działa toksyna. Przypuszczano, że owady są poważnie uszkodzone i umierają z głodu. Ale to nie mogło być wszystko - gąsienice zdychają z głodu ponad tydzień, toksyny Bt zabijają je w połowę tego czasu.
Broderick odkryła co się dzieje i zrobiła to niemal przez przypadek. Podejrzewała, że gąsienice będą miały w swoim jelicie bakterie chroniące je przed toksyną więc podała im antybiotyk i dopiero potem podała pestycyd. Bez bakterii, przynajmniej taka była hipoteza, gąsienice padną znacznie szybciej. Tymczasem wszystkie przeżyły. Okazało się, że bakterie nie tyle nie chronią gąsienic przez toksynami co są czynnikiem dzięki któremu Bt zabija je. W jelicie są niegroźne ale poprzez perforacje spowodowane toksynami przedostają się do krwiobiegu gąsienic. Ich układy odpornościowe dostają z tego powodu hopla i zaczyna się spirala wojny między organizmem a bakteriami prowadząca do sepsy i zgonu.

Podobnie dzieje się z tysiącami ludzi każdego roku. My również mamy bakterie, które perforują nasze jelita, dostajemy sepsy kiedy bakterie z układu pokarmowego dostają się do układu krwionośnego. Tego typu bakterie są symbiontami tylko w danym środowisku. Podobnie ma się z tzw. “oportunistycznymi patogenami”. Normalnie są niegroźne ale u osób z osłabionym ukł. odpornościowym mogą powodować śmiertelne zagrożenie. Wszystko jak widać zależy od kontekstu.

Nawet bardzo starożytne związki mikrobami mogą przerodzić się w pewnych warunkach w problem. Mitochondria - organella produkujące energię w naszych komórkach - to “udomowione” miliardy lat temu bakterie. To jeden z najlepszych przykładów symbiozy w całej biologii ale nadal mitochondria w niewłaściwym miejscu mogą doprowadzić do katastrofy. Nacięcie albo siniak mogą spowodować przedostanie się mitochondriów do krwi - co może doprowadzić do reakcji immunologicznej i spowodować zespół ogólnoustrojowej reakcji zapalnej (SIRS), co w niektórych wypadkach może być groźniejsze od oryginalnego urazu. A to efekt nadmiernej reakcji na mikroby mieszkające na stałe w naszym ciele od ponad dwóch miliardów lat.

Tak jak kwiat ogrodowy z złym miejscu może być chwastem, tak bakterie mogą być zbawieniem w jednym organie i zgubą w drugim. “Jeżeli twój układ odpornościowy przestanie działać na krótki czas - zabiją cię. Kiedy umrzesz - zjedzą cię” mówi Forest Rohwer z San Diego State University. “Im po prostu nie zależy. To nie jest miły związek. To po prostu biologia.”. Świat tej symbiozy to taki, gdzie przyjaciele mogą nas w każdej chwili zawieść a wrogowie nagle znaleźć się po naszej stronie. To świat gdzie mutualizm może stać się wojną przez kilka milimetrów różnicy.

Dlaczego tego typu zależności są takie wrażliwe na zmiany? Dlaczego mikroby tak łatwo zmieniają role? Po pierwsze symbioza i pasożytnictwo nie są aż takimi przeciwieństwami jak mogło by się wam zdawać. Pomyślcie co potrzebuje “przyjazna” bakteria, żeby zadomowić się w organizmie gospodarza. Musi przetrwać w jelicie, zakotwiczyć się gdzieś i wejść w interakcję z komórkami gospodarza. Dokładnie to samo musi zrobić komórka pasożytnicza. Oba typy - symbionty i pasożyty, bohaterowie i szwarccharaktery - wykorzystują te same molekuły w tych samych celach. Niektóre z nich mają negatywnie brzmiące nazwy jak “czynniki wirulencji” bo zostały odkryte u drobnoustrojów chorobotwórczych, ale bakterie neutralne również ich używają. Dla bakterii białka są jak narzędzie - nóż czy pióro - można je wykorzystać do robienia wspaniałych i okropnych rzeczy.

Nawet pomocne mikroby, przypadkiem potrafią szkodzić swojemu gospodarzowi. Bakterie mszyc uwalniają substancje eteryczne, które przyciągają bzygi prążkowane. Te czarno-białe owady podobne z wyglądu do ós to zwiastun śmierci dla mszyc. Larwy bzygów potrafią zjeść setki mszyc w ciągu swojego życia a dorosłe osobniki znajdują ofiary dla swojego potomstwa wywąchując charakterystyczne zapachy bakterii - coś czego mszyce nie są w stanie uniknąć.

Świat jest pełen takich przypadkowych wabików. Być może właśnie sami to robicie - część bakterii wydziela zapachy, które zmieniają ich gospodarzy w magnesy na komary, podczas gdy inne odstraszają krwiopijców. Zastanawialiście się kiedyś czemu jedna osoba wyjdzie z lasu pełnego meszek całą pogryziona a inna nawet nie zauważy owadów? Częściową odpowiedzią są wasze bakterie.

Patogeny mogą też wykorzystywać bakterie w inny sposób. Przykładowo wirus polio “chwyta” białka na powierzchni bakterii jelitowych i wykorzystuje je jako swoiste lejce, dzięki którym może sterować bakteriami w stronę komórek gospodarza. Wirus może się dzięki temu lepiej przyczepiać do naszych komórek i jest bardziej stabilny w temperaturach naszego ciała. Bakterie robią z niego lepszego najeźdźcę.

Ważnym punktem w tym miejscu jest to, że symbioza bakterii nie jest darmowa. Nawet kiedy nam pomagają, jednocześnie generują nam koszty. Trzeba je nakarmić, dać schronienie, a to wszystko wymaga energii. Co najważniejsze - każda bakteria ma swoje interesy na pierwszym miejscu, a to często będzie prowadziło do konfliktów z gospodarzem. Wolbachia jest transmitowana z matek na córki więc pozbywa się samców. To w krótkim terminie spory zyska ale długoterminowo strategia jest samobójcza i ryzykuje wymarciem owada. Jeżeli moje bakterie zatrzymałyby mój układ odpornościowy, mogłyby rosnąć szybciej kosztem mojej choroby.

Praktycznie każde partnerstwo biologiczne tak wygląda. Oszuści są zawsze problemem a zdrada czai się tuż za horyzontem. Pary mogą zdziałać więcej ale jeżeli jeden z partnerów może dostać te same plusy bez płacenia kosztów - zrobi to bez wahania jeżeli będzie miał gwarancję bezkarności. HG Wells opisał to w 1930 w książce Science of Life***

Każda symbioza jest na swój sposób podszyta wrogością i tylko poprzez odpowiednią regulację można osiągnąć etap mutualistycznych korzyści. Nawet w sprawach ludzkich związki partnerskie nie są łatwe w utrzymaniu mimo, że jesteśmy obdarzeni inteligencją i jesteśmy w stanie racjonalnie zrozumieć korzyści takich związków. Ale u niższych organizmów nie ma takiego zrozumienia. Symbioza to ślepe przystosowanie, bez udziału świadomości jak w każdym innym przypadku dostosowania biologicznego.

Te zasady łatwo zapomnieć. Lubimy nasze czarno-białe narracje z bohaterami i złymi. Sam termin symbioza utracił oryginalne znaczenie (życie razem) i dostał idealistycznego charakteru życia w utopijnej harmonii. Ale ewolucja nie działa w taki sposób. Współpraca nie jest wcale promowanym stylem życia nawet jeżeli byłoby to w interesie wszystkich. Zawsze w każdym związku mamy współgranie współpracy i konfliktu.

Możemy to łatwo zaobserwować jeżeli opuścimy na chwilę świat bakterii i pomyślimy o większych organizmach. Bąkojady to małe afrykańskie ptaki szwendające się obok antylop i żyraf. Powszechnie wiadomo, że są komensalami zbierającymi kleszcze i inne pasożyty ze swoich gospodarzy. Ale to nie wszystko. Ptaki dziobią też otwarte rany zwierząt uniemożliwiając im zasklepienie się. Prawda jest taka, że żywią się krwią i źródło tej krwi jest im raczej obojętne, czy to szkodliwe dla gospodarzy czy nie.

Podobne procesy możemy obserwować na rafach koralowych, gdzie ryby z gatunku wargatków sanitarników prowadzą przychodnie dla większych ryb. Duże ryby przypływają do “myjni” a wargatki czyszczą ich żuchwy, skrzela i inne miejsca o utrudnionym dostępie z pasożytów. Czyściciele mają darmowy obiad a klienci wychodzą zdrowsi. Ale raz na jakiś czas wargatek oszuka klienta i uszczknie kawałek zdrowej tkanki. Klienci karzą takie wargatki i przenoszą się do innego “spa”. Inne wargatki wyganiają ze swojego grona oszukujących kolegów.

W tym samym czasie w Ameryce Południowej drzewa akacji opierają się na mrówkach jako ich obrońcach przed chwastami, pasożytami i roślinożercami. W zamian dają swoim ochroniarzom słodkie przekąski i puste ciernie w których mogą mieszkać. To wygląda jak typowa symbioza aż nie dowiemy się, że darmowe jedzenie od akacji uniemożliwia mrówkom trawienie innych cukrów. Mrówki nie są tylko kimś kto zbiera korzyści - są poniekąd zakładnikami - służącymi bez możliwości wyboru.
Wszystkie klasyczne przykłady kooperacji można bez problemu znaleźć w książkach i filmach dokumentalnych. I każdy z nich ma różne warstwy - od współpracy do konfliktu przez manipulację i podstęp - co jest rzadko prezentowane szerszej publiczności. “Musimy nauczyć się oddzielać rzeczy ważne od rzeczy przyjemnych. Mikrobiom jest bardzo ważny ale to nie znaczy, że jest przyjemny.” mówi Toby Kiers z Vrije Universiteit. Świetnie funkcjonujące partnerstwo może być równie dobrze traktowane jako przykład równoległego pasożytnictwa. “Obaj partnerzy mogą odnosić korzyści ale cały czas mamy silne napięcie. Symbioza to konflikt - konflikt w którym żadna ze stron nie zyskała przewagi.

Taki związek może być stabilny. Nasza wewnętrzna biologia nie wie co to “dobro” czy "zło” jeżeli chodzi o mikroby. Wyewoluowało wiele rozwiązań które pomagają ludziom w ich wiecznej walce z naszym mikrobiomem i w nawiązywaniu układów z bakteriami. Możemy ograniczać ich obecność do niektórych układów przez chemiczne bariery czy fizyczne blokady. Możemy sięgnąć po marchewkę i nakarmić kogo chcemy odpowiednimi substratami. Możemy też sięgnąć po kija i wykorzystać nasz układ odpornościowy żeby pokazać im kto rządzi. Wyewoluowaliśmy sposoby upewniające się, że mieszkają z nami gatunki, które nam pasują i które powodują mniej problemów.

I tu mamy najważniejszą lekcję biologii. Przyroda nie jest z natury harmonijna i nastawiona na współpracę. Ale wszystkie najlepsze związki wymagają kupy pracy.

‘* Autor tego eseju opisał to w znacznie bardziej szczegółowy sposób w książce “I contain multitudes” którą znając jego wcześniejszą twórczość można polecić w ciemno.
** Mikrobiom = całość bakterii żyjących na i w człowieku.
*** W zasadzie pierwszy podręcznik do biologii a przynajmniej naszego zrozumienia biologii w latach 20-30. https://aeon.co/essays/there-is-no-such-thing-as-a-good-or-a-bad-microbe