Ha baktériumok kerülnek szóba, túlnyomó többségünk feltehetően azonnal valamilyen betegségre gondol, és már nyúl is az ismert kórokozók 99 százalékának elpusztítását ígérő készítményért. Pedig az úgynevezett patogén, vagyis az emberi egészségre veszélyt jelentő fajok aránya mondhatni eltörpül a baktériumok óriási változatossággal bíró tengerében. A legtöbbjüket még fel sem fedeztük.
Mindenhol mikrobák vesznek minket körül, az emberi szervezetben darabra több a baktérium, mint a saját sejt, és ha ezek a mikroszkopikus lények egy csapásra eltűnnének, a földi élet is megszűnne. Az egysejtű baktériumok voltak az első élőlények, mintegy három-négymilliárd évvel ezelőtt jelentek meg a Földön, és belőlük, illetve hozzájuk hasonló formákból alakult ki minden szervezet, amely valaha élt a bolygón, és amelyeket ma magunk körül látunk. Utóbbi okán az evolúció kutatói számára is nagyon fontos társaság, főleg azoknak, akik az egysejtű létformákból a több, egymással kooperáló sejtből álló szervezetek kialakulását kutatják, ami a földi törzsfejlődés egyik legfontosabb mérföldköve.
A HUN-REN Ökológiai Kutatóközpont (ÖK) Evolúciótudományi Intézete és az ELTE evolúcióbiológusai friss projektjükben számítógépes szimulációkkal vizsgálták a baktériumok között meglepően gyakran kimutatható együttműködés, és az ehhez kapcsolódó, talán még meglepőbb kommunikáció evolúciós hátterét. A Czárán Tamás, Scheuring István, Zachar István és Számadó Szabolcs által jegyzett tanulmány itt olvasható eredetiben. Mi az első szerzőt, Dr. Czárán Tamást, az ÖK tudományos tanácsadóját kérdeztük, elsősorban
Sokaságban van az erejük
A baktériumok tehát a legősibb, igazán élőnek tekinthető lények a Földön, és bár ők is rendkívül bonyolult felépítésűek, a később kialakult soksejtű szervezetekhez képest nagyon egyszerűek. Prokarióták, vagyis nem rendelkeznek sejtmaggal, genetikai anyagukat egyetlen sejtjük citoplazmájában, kör alakú, nagy DNS-molekulában őrzik. Méretük mikroszkopikus, és miként biológiaórákról bizonyára sokan emlékszünk rá, osztódással (pontosabban hasadással) szaporodnak: bizonyos méret elérése után egyszerűen kettéválnak. Nem sokat teketóriáznak, egyes fajok néhány percenként képesek „duplázódni”.
A sejtfalnak nevezett merev burok veszi őket körül, egyes fajok különböző módszerekkel önállóan mozognak, mások erre sem képesek. Ám témánk szempontjából sokkal fontosabb az, hogyan táplálkoznak: nem csak szájnyílásuk nincs, de szó szerint burokba zárva kell boldogulniuk.
A táplálkozáshoz emésztőenzimeket juttatnak ki a környezetükbe, amelyek feloldják a szilárd táplálék-szemcséket, így a tápanyag már átjuthat a sejtfalon
– magyarázza a 24.hu-nak Czárán Tamás.
Ez a módszer annál hatékonyabb, minél többen dolgoznak össze. Az emésztőenzimek termelése és kijuttatása energiaigényes feladat, ám ha csak egyetlen sejt végzi, az enzimek a környezetében annyira kihígulnak, hogy hatástalanok maradnak. Ezért kell a sokaság, pontosabban az, hogy minél többen beleadják a „közösbe” a magukét, ezáltal nő az emésztőenzimek koncentrációja a környezetben, és ugrásszerűen megnő a felvehető táplálék mennyisége. Egy kicsit olyan ez, mint ha nehezen elejthető, de rengeteg húst adó prédára vadásznánk: egyedül próbálkozni színtiszta energiapazarlás, sokan együttműködve viszont mindannyian jó eséllyel hetekre elegendő táplálékhoz juthatunk.
Lusta csalók és hazudós csalók
Mivel az együttműködés (a mi példánkban: a táplálék megszerzése közös erőfeszítéssel) nagyon erőforrás-igényes feladat, hasznos lenne előre tudni, elég nagy-e a jelenlévők száma ahhoz, hogy sikeres legyen a kooperáció, és csak akkor csatlakozni hozzá, ha igen. Ma már tudjuk, hogy a baktériumok képesek egyszerű, „olcsón” termelhető molekulák (kémiai jelek) kibocsátásával tudatni a jelenlétüket a fajtársaikkal.
Ha a jelmolekulák koncentrációja a környezetben elér egy küszöbértéket, az azt jelenti, hogy elegendően vannak jelen a sikeres együttműködéshez. Ekkor a kooperációra képes egyedek bekapcsolhatják az emésztőenzimek termelését és kibocsátását a felesleges erőfeszítés kockázata nélkül.
Ezt a küszöböt a tudomány egy, a politikai jogból kölcsönzött és a minimálisan elegendő szavazói létszámot jelentő „quorum” kifejezéssel, a kooperációs küszöb-létszám kémiai jelekkel való érzékelését pedig a „quorum sensing” (QS) névvel illeti. Ahhoz, hogy az együttműködés és a QS-kommunikáció sikeresen működhessen, három örökletes tulajdonság szükséges, amelyek vagy megvannak egyes baktérium-egyedekben, vagy nincsenek: a jel kiadása, a jel vétele és a kooperáció képessége – ezek együtt, párban és külön-külön is járhatnak.
Osztódás során a különböző mutációk hatására egyes képességek véletlenszerűen ki- és bekapcsolódhatnak, a tudósok pedig arra voltak kíváncsiak, miként marad fenn a kooperáció és a kommunikáció, ami ugye a csoport érdeke. És itt jönnek a lusták, a hazudozók, illetve az együttműködő baktériumok annak fényében, hogy e három közül mely képességeik vannak éppen „on” vagy „off” állásban.
A kooperáló egyedek kibocsátják és értelmezik az együttműködésre hívó QS jel-molekulákat, a küszöbérték feletti jel-szint (quorum) esetén pedig emésztőenzimeket bocsátanak ki (kommunikálnak, és részt vesznek a „vadászatban”).
A lusta baktériumok ezek egyikét sem teszik, egyszerűen csak megjelennek és potyáznak (ha van miből).
A hazudós baktériumok erre rátesznek még egy lapáttal: kiadják a QS-jelet, vagyis megígérik az együttműködést, de a végén enzimet már nem adnak be a közösbe (hamis jelzést adnak az együttműködési hajlandóságukról, de a „vadászattal” járó terhet nem viselik).
Az egysejtűek antropomorfizálása nyilván nagyban segíti a megértést, de szögezzük le, ezek nem tudatos cselekmények – a baktériumoknak nincsenek idegei, pláne agya –, hanem bizonyos gének aktív vagy passzív állapota áll a háttérben.
Győz az együttműködés
A QS jel-molekulák kibocsátása és értelmezése sokkal kevesebb energiát kíván (olcsóbb), mint az emésztőenzimek kiválasztása. A táplálkozásra készülő baktériumok tehát az olcsó jel olcsó értelmezésével meg tudják állapítani, hogy elegendő létszámban vannak-e jelen, mielőtt megkezdenék az enzimek meglehetősen energiaigényes (drágább) kibocsátását. Egy kisebb befektetéssel felmérik, hogy mennyire lesz jövedelmező nagyobb összeget invesztálni a projektbe. A számítógépes szimulációkkal azt is igazolták, hogy
A lusta csalók gyakorlatilag nem képesek legyőzni az együttműködőket, a hazug csalók hazugsága pedig nagyon ritkán kifizetődő
– emeli ki az evolúcióbiológus.
A titok nyitja a helyezkedés. Akár lusta a csaló, akár lusta és hazug, minél többen fészkelik be magukat a kooperáló baktériumok közé, annál rosszabbul jár az egész társaság, hiszen a végeredmény egyre kevesebb enzim és sokkal kevesebb táplálék. A csalók persze eleinte jól járnak, ám erős keveredés esetén az egész csapat éhen pusztulhat. Haszonlesők mindig is voltak és lesznek, logikusan egyre többen választják a könnyebbik utat, amennyiben az kifizető. Akkor miért nem szaporodnak el annyira, hogy az egész rendszert romba döntsék?
Azért, mert a baktériumok szaporodása lokális, osztódás után a két utódsejt egymás mellett marad, szűkítve ezzel a keveredés lehetőségét, vagyis a csalók beszivárgásának esélyét. Az együttműködők hasonló társaikkal veszik körül magukat, megpróbálják a csalókat kiszorítani, tehát nagyobb eséllyel marad fenn a kommunikáció és a kooperáció.
A kiszorítósdi elvezethet egyes baktériumok aktívabb és szorosabban koordinált együttéléséhez, amint ezt például a biofilmek esetében látjuk: a biofilmekben egy közösen termelt kocsonyás anyagba ágyazódva állandóan együtt maradnak az együttműködő baktériumok, általában több különböző baktériumfaj tagjai – ilyen például a fogainkon képződő lepedékréteg. Az ilyen közösségekben aztán kialakulhat a munkamegosztás, ezzel pedig elméletben megnyílhat a többsejtűség kialakulásához vezető út.
The post Hazudnak egymásnak a baktériumok first appeared on 24.hu.
