Óriási tévedés, hogy a baktériumok csak céltalanul úszkáló, primitív élőlények volnának. A Carnegie Mellon Egyetem (CMU) kutatói ugyanis meglepő felfedezést tettek: kimutatták, hogy a baktériumok képesek tanulni a múltbeli tapasztalataikból, generációkon átívelően tárolni az emlékeket, és viselkedésüket a változó környezethez igazítani, mindezt agy vagy idegrendszer nélkül.
A szakemberek az egyik legismertebb baktériumot, az E.colit (Escherichia coli) tették górcső alá, hogy megnézzék, hogyan reagál a környezeti stresszre, például a drasztikus hőmérséklet-változásokra vagy a tápanyaghiányra. Mindehhez egy kifinomult mikrofluidikai eszközt, az úgynevezett „anyagépet” használták, amelyik apró kamrákba zárja az egyes baktériumsejteket, miközben a tudósok folyamatosan mikroszkóp alatt figyelik azokat.
Ez a megközelítés lehetővé tette a kutatók számára, hogy gyorsan váltsanak a tápanyagban gazdag és tápanyagban szegény környezet között, miközben mérték az egyes baktériumok növekedési sebességét. Meg tudták vizsgálni, hogyan függenek a baktériumok válaszai az aktuális körülményektől. A gyorsan változó tápanyagciklusoknak kitett sejtek gyorsabban alkalmazkodtak, mint a lassabb ciklusokban neveltek.
A kutatók az anyagépben figyelik meg a baktériumgenerációk viselkedését
Carnegie Mellon Egyetem
„Hosszú ideig az emberek azt feltételezték, hogy a baktériumok növekedését csak az a környezet határozza meg, amelyben a sejt éppen él. Most viszont megmutattuk, hogy a múltbeli környezetek története számít. A sejtek emlékeznek ezekre a tapasztalatokra, és ez az emlék megváltoztatja a viselkedésüket” – mondta Josiah Kratz, a PRX Life folyóiratban megjelent tanulmány első szerzője.
A tanulmány szerint az emlékezet a sejt fehérjetermelő mechanizmusaiból, különösen a riboszómákból, a fehérjéket építő „molekuláris gyárakból” származik. Egyes riboszómához kapcsolódó folyamatok gyorsan reagálnak, míg mások lassabban változnak. Együttesen lehetővé teszik, hogy a sejt perceken vagy órákon át megőrizze az információt.
Ennek az emléknek azonban ára van. A gyorsabb alkalmazkodás alacsonyabb hosszú távú növekedést jelent: a baktériumok feláldozzák a sebességet a méretért, felkészülve az instabilitásra, ahelyett, hogy maximalizálnák a növekedést az adott pillanatban.
A történet legizgalmasabb része azonban mégsem ez. Az is kiderült ugyanis, hogy az emlékezet nem veszett el, amikor a baktérium kettéosztódott, a stresszre adott válaszreakciók mintázata az utódsejtekben, sőt, több generáción keresztül megmaradt. (A baktériumok esetében egy generáció több tíz perctől akár órákig is eltarthat.) „Ha egy nagymamasejt stresszt tapasztalt és túlélte, az unokasejt is másképp viselkedhet a múlt miatt” – mondta Kratz. Másképp fogalmazva: az öröklött molekulák lehetővé teszik az utódok számára, hogy megőrizzék az olyan környezetekről szóló információkat, amelyeket soha nem tapasztaltak meg közvetlenül.
Mindez persze nem azt jelenti azt, hogy a baktériumok úgy gondolkodnának, terveznének vagy emlékeznének, mint az állatok vagy az ember. A tanulmány biológiai értelemben használja a „tanulást”: a múltbeli hatás megváltoztatja a jövőbeli viselkedést. Az emlék kémiai hálózatokban, fehérjeszinteken és öröklődő molekulákban élhet, amelyek egyik baktériumgenerációról a másikra szállnak.
A tanulmány korlátja, hogy kizárólag az E.coli tápanyag-változásaira összpontosított, így a kutatók remélik, hogy a a jövőbeli tanulmányok azt is vizsgálják majd, hogy megjelenik-e ugyanez a tanulási jellegű viselkedés antibiotikumok hatására, más baktériumfajoknál vagy összetett környezetekben, például az emberi bélben.
Ettől függetlenül a mostani eredmények befolyásolhatják a tudósok gondolkodását a bakteriális fertőzésekről és az antibiotikumos kezelésről. A kutatók hagyományosan azt feltételezték, hogy a bakteriális antibiotikumokra adott válaszreakciók főként a betegeknek adott gyógyszer típusától és koncentrációjától függenek. De ha a baktériumok megőrzik a korábbi stressz emlékeit, akkor válaszreakcióik a környezeti előzményektől is függhetnek – azok a baktériumok, amelyek korábban éhezésnek, magas vagy alacsony hőmérsékletnek, illetve alacsony antibiotikum-dózisoknak voltak kitéve, másképp reagálhatnak a kezelésekre, mint azok, amelyeknél nem voltak ilyen előzmények.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.
