Mikroorganismy také umí předvídat  
Izraelští vědci zkoumali mikroorganismy v jejich přirozených podmínkách. Zjistili, že bakterie a dokonce i kvasinky dokážou periodické události poznat a začnou na měnící se situace reagovat s předstihem.

 


Není to tak dávno, co jsme psali o tom, že fotosyntetické bakterie dodržují denní režim a že tak činí dokonce bez ohledu na to, zda dostávají stimuly z vnějšího světa. Svůj cirkadiální rytmus dodržují i po dělení buněk. To znamená, že nastavení hodin předávají na potomstvo - je tedy dědičné.


K dalšímu překvapení došlo, když francouzští výzkumníci zjišťovali, jak to s nastavením bakteriálních hodin je při vzájemném kontaktu. K tomu si vypěstovali dvě kolonie posunuté v čase o tři hodiny a pak je smíchali. Buňky z obou kolonií chránily svoje nastavení hodin a k synchronizaci mezi nimi nedošlo ani tehdy, když byly na sebe úmyslně natlačeny tak, aby se vzájemně dotýkaly. Taková tvrdohlavost v nastavení časomíry není u vyvinutějších jednobuněčných organismů známa. I buňky nás savců se chovají kolegiálněji a teprve až se od sebe odloučí, začne být jejich denní oscilace „lajdácká“. Ve srovnání s vyššími organismy chodí bakteriální hodiny „jako Rolexky“.

 

Zvětšit obrázek
Bakterie E. coli si dokáže vštípit potravní návyky. Zapamatuje si, co po čem následuje a podle toho se s předstihem zařídí. (Kredit: Yitzhak Pilpel, Weizmann Institute of Science)

Nynější překvapení z bakteriálního mikrosvěta přichází z Izraele, kde zjistili, že bakteriální buňky nejenže mají vlastní chronometr, ale že si dokážou cyklicky opakující se záležitosti zapamatovat a dokonce na ně s předstihem reagovat. Poznatek byl učiněn na E. coli - obyčejné bakterii, která většinou jen neškodně prochází zažívacím traktem. Na počátku své pouti se tato bakterie pravidelně setkává s jedním typem cukru – laktózou. V dalším oddílu jí bývá nabídnut jiný druh cukru – maltóza. 
Yitzhak Pilpel se svým týmem molekulárních genetiků zjišťoval, jak bakterie reaguje na setkání s laktózou a sledovali aktivitu bakteriálních genů, které jí dovolují zmíněný cukr štěpit. Kontakt s laktózou neznamenal pro bakterii jen aktivaci genů pro mléčný cukr, ale též se u ní částečně aktivovaly  geny zajišťující zpracování maltózy. Jakoby si bakterie uvědomila, co bude po setkání s laktózou následovat.

 

 

Zvětšit obrázek
Kolektiv spolupracovníků Yitzhaka Pilpela z Weizmann Institute of Science se učí skákat.

Vědci udělali bakterii zlomyslnost – sled nabízených cukrů jí otočili. V populárních článcích se píše, že bakterie z toho byla pomatená. To je ale hloupost. Naopak! Zareagovala logicky a zcela správně - neměla důvod předpokládat, že chod dějin, kdy celé věky se jí po laktózovém předkrmu podával hlavní chod s maltózou, se najednou vše otočí a půjde v protisměru. S nabízenou maltózou své, geny pro laktózu nechala bakterie proto v klidu odpočívat.    

 

Vědce začalo zajímat, zda i vývojově nižší organismy dokážou reagovat na cyklické změny. Vyzkoušeli si to u vinných kvasinek. S postupujícím kvašením klesá v roztoku obsah cukrů a stoupá jeho kyselost a teplota. Kvasinky si postupně aktivují geny, kterými se brání, aby u nich nedošlo ke stresu z nepříznivě se vyvíjejících se okolností. Především jde o změny připravující kvasinku na schopnost odolávat vyšší teplotě. V kvasince jsou tyto změny evolučně zakomponovány. To znamená, že i tento organismus je schopen na cyklické děje reagovat s předstihem.

 

 

Vypozorovat změnu prostředí a s předstihem na ní reagovat dokáže i mnohem menší kvasinka.

První pokusy demonstrující adaptaci organismů na vnější podmínky provedl ruský vědec Ivan Pavlov (1890). Šlo o známý pokus se slintajícími psy. Navyknul je předvídat událost tím, že jim k žrádlu zvonil. Po určité době stačilo jen zazvonit a psi poznali, co bude následovat - vypěstoval jim podmíněný reflex. Nyní se ukázalo, že něco podobného lze navodit dokonce i u mikroorganismů.  Po řadě opakujících se dějů i ony přizpůsobí  své konání tak, aby co nejlépe obstály v konkurenci. Výsledky pokusů izraelského týmu nelze vysvětlovat tím, že se jedná o následnou reakci na stres. Aktivita genů se projevuje s předstihem, takže skutečně jde o předvídání situace a o reakce, které dojdou uplatnění až v nadcházejícím čase.  

  
Aby se vědci přesvědčili, jak rychle mikroorganismy zapomínají, vymysleli ještě jeden test. Také u něj se jedná vlastně jen o obdobu jednoho z Pavlovových pokusů na psech. Když Pavlov psům po zvonění zvonečkem přestal žrádlo předkládat, časem si jeho psi odvykli spojovat zvuk s žrádlem a slintat na zvonění přestali. V pokusu s bakteriemi šlo o to, že jim začali vědci maltózu odpírat. Bakterie se zachovaly stejně jako psi. Po několika měsících, kdy po laktóze maltóza nepřicházela, aktivace genů ustala. Geny „na maltózu“ se u odvyknutých bakterií spolu s podáním laktózy již neprobouzely, zůstaly ale zcela funkční. Pouze si je bakterie nespouštěly s předstihem a čekaly s jejich zapínáním až do doby, kdy se maltóza v prostředí skutečně objevila. Tento pokus také ukázal, že startovat geny s předstihem je pro buňku drahá záležitost a že pokud pro ně nemá využití, je takový luxus třeba brzo opustit.

Nyní vědci zdokonalují model „cena/výhoda“ který definuje podmínky, za jakých se mikroorganismům vyplatí reagovat předem a kdy je předvídání vhodné do genetického rozhodovacího procesu zahrnout. Pilpel je přesvědčen, že podobné geneticky podmíněné reakce jsou široce rozšířené a že se jedná o evolucí dané adaptace, jež zvyšují šance na přežití mnoha organismům. Podle něj jde o něco, co využívají buňky i vyšších organismů, včetně člověka.
Izraelský tým má již v plánu svoje poznatky zužitkovat v tvorbě geneticky modifikovaných organismů fermentujících biologický materiál na biopaliva. Předpřipravené organismy s nastaveným sledem událostí a reagující s předstihem, by zákonitě měly být výkonnější a pro ekonomiku biotechnologických výroben zdrojem bezpracných zisků.  

 

Pramen: Weizmann Institute of Science

 

 

Datum: 21.06.2009 20:19
Tisk článku

Související články:

Nová bakterie ze sterilních místností kosmických inženýrů     Autor: Stanislav Mihulka (13.11.2013)
Purpurové bakterie přežijí záři cizích hvězd     Autor: Stanislav Mihulka (31.07.2013)
Objav nových mikroorganizmov v Stratosfére     Autor: Pavol Mikolka (17.03.2009)
Jak bakterie skáče mezi cizími druhy hostitelů     Autor: Stanislav Mihulka (15.02.2009)
Máme v sobě více bakteriálních buněk než svých vlastních     Autor: Josef Pazdera (10.12.2007)



Diskuze:

Re: jedinec

Tomáš Hluska,2009-06-22 12:44:41

A jak chcete, pane Borteli, určit, která z dceřinných buněk je původní jedinec, když se E. coli dělí na dvě identické buňky?

Odpovědět


Jan Bortel,2009-06-22 15:43:40

To máte pravdu, vůbec jsem si to neuvědomil, díky.

Odpovědět

jedinec

Jan Bortel,2009-06-22 09:22:55

V textu mi chybí důkaz, že k klasickému podmiňování došlo u jednotlivce (tzn. jedinec X se na začátku experimentu choval jinak než na konci). Přecijen exp. trval měsíce, za tu dobu muselo vzniknout spoustu nových generací (pokud to teda neměli nějak ošetřené)

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace