Bakterie jak psy

Bakterie mogą przewidywać przyszłe wydarzenia i się na nie przygotowywać – twierdzą badacze z Instytutu Nauki Weizmanna.

Przedstawiciele tamtejszego Wydziału Genetyki Molekularnej - prof. Yitzhak Pilpel, Amir Mitchell i dr Orna Dahan – współpracowali z akademikami z Uniwersytetu w Tel Awiwie: prof. Martinem Kupcem i Galem Romano. Razem obserwowali mikroorganizmy żyjące w zmieniających się przewidywalnie środowiskach: E. coli i drożdże winne. Okazało się, że są one genetycznie przystosowane do przewidywania, co w sekwencji zdarzeń nastąpi za moment. Co więcej, zaczynają one reagować na te zmiany, zanim jeszcze nastąpią.

Przesuwając się wzdłuż przewodu pokarmowego, bakterie E. coli napotykają wiele różnych środowisk. Nauczyły się m.in., że tuż za jednym rodzajem cukru – laktozą – pojawia się inny cukier – maltoza. Izraelski zespół przyglądał się bakteryjnej reakcji na laktozę. Aktywacji ulegały nie tylko geny pozwalające trawić właśnie ją, lecz również sieć genów związanych z wykorzystaniem maltozy. Gdy mikrobiolodzy zmienili kolejność pojawiania się cukrów, podając na początku maltozę, nie nastąpiło jednoczesne uruchomienie genów laktozowych. Oznacza to, że E. coli jest nastawiona na konkretny scenariusz zdarzeń.

Na ciągłe zmiany środowiska są narażone także drożdże winne. Podczas fermentacji stale zmienia się kilka parametrów: zawartość cukru, kwasowość, stężenie alkoholu, podnosi się też temperatura otoczenia. Sytuacja jest bardziej złożona niż w przypadku E. coli, ale Izraelczycy stwierdzili, że podgrzanie otoczenia uruchamia u drożdży geny, które pozwalają im sobie poradzić z zadaniami kolejnego etapu.

Pilpel uważa, że w toku ewolucji kolejne pokolenia bakterii lub grzybów były poddawane klasycznemu warunkowaniu pawłowowskiemu. W tym przypadku dzwonek zastępują jednak bodźce z wcześniejszych etapów, np. pierwszy z cukrów czy zmiana temperatury. Zarówno w ewolucji, jak i przy uczeniu organizm dostosowuje swoją reakcję do wskazówek środowiskowych, zwiększając swoje szanse na przeżycie – przekonuje Amir Mitchell.

Chcąc sprawdzić, czy E. coli rzeczywiście przejawiają uwarunkowane zachowania, panowie opracowali specjalny test. Oparli się przy tym na innym eksperymencie pioniera tej dziedziny – Iwana Pawłowa. Gdy po dzwonku rosyjski fizjolog przestał dawać swoim psom jedzenie, ślinienie po usłyszeniu go stopniowo zanikało (zanikała więc reakcja na bodziec warunkowy). Naukowcy z Instytutu Weizmanna zrobili coś podobnego - wykorzystali bakterie, wyhodowane w środowisku zawierającym laktozę, po której nie pojawiała się jednak maltoza. Po kilku miesiącach mikroorganizmy wyewoluowały, przez co po wyczuciu smaku laktozy nie następowała aktywacja genów maltozy. Uruchamiały się one tylko przy dostępie do realnie istniejącej maltozy.

Izraelczycy opracowali model kosztów i strat, który pozwala przewidzieć, w jakich sytuacjach organizm zwiększy swoje szanse na przeżycie, wypracowując umiejętność "spoglądania" w przyszłość. Teraz zamierzają go przetestować. Pilpel i zespół wierzą, że genetyczna reakcja warunkowa występuje też w pojedynczych komórkach organizmów wyższych, np. człowieka.

bakterie mikroorganizmy przyszłość przewidywać E. coli drożdże winne środowisko zmiany