Δημοφιλείς Αναρτήσεις

Επιλογή Συντάκτη - 2019

Η εξάρτηση μπορεί να είναι ένα εξελικτικό πλεονέκτημα

Anonim

Είναι γνωστό εδώ και αρκετό καιρό ότι τα γενετικά τροποποιημένα βακτήρια, τα οποία έχουν χάσει την ικανότητά τους να παράγουν ορισμένα αμινοξέα και να ανακτούν αυτά τα θρεπτικά συστατικά από το περιβάλλον τους, αναπτύσσονται καλύτερα από τα βακτήρια, τα οποία παράγουν όλα τα ίδια τα θρεπτικά συστατικά. Αυτό οδήγησε τον Christian Kost, αρχηγό της μελέτης και τώρα καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Osnabrück, να διερευνήσει εάν η φυσική επιλογή ευνοεί την απώλεια των ικανοτήτων, καθιστώντας έτσι τα βακτήρια περισσότερο εξαρτώμενα από το περιβάλλον τους. Για να ανακαλύψει, ο Kost και ο διδάκτορας του Glen D'Souza καλλιέργησαν τα βακτηρίδια Escherichia coli βακτηριδίων του εντέρου για αρκετές γενιές υπό βέλτιστες θρεπτικές συνθήκες. Η καλλιέργεια μεταφέρθηκε τακτικά σε ένα νέο θρεπτικό διάλυμα και κατά τη διάρκεια μερικών από αυτές τις μεταφορές, ελήφθη δείγμα για να εξεταστούν οι βακτηριακές δυνατότητες και τα γονίδια.

διαφήμιση


Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την παραδοχή: Ένα κλάσμα βακτηρίων που αρχικά ήταν αυτόνομα έχασαν την ικανότητά τους να παράγουν μεταβολίτες, όπως τα αμινοξέα. είχαν εξαρτηθεί από το περιβάλλον τους, το οποίο ήταν εμπλουτισμένο με αυτά τα θρεπτικά συστατικά. "Προς έκπληξή μας, βρήκαμε παρόμοια αποτελέσματα όταν δεν είχαν προστεθεί θρεπτικά στοιχεία στο μέσο καλλιέργειας", εξήγησε ο Glen D'Souza, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης. "Τα βακτηρίδια χωρίστηκαν σε δύο ομάδες: μια ομάδα ήταν ακόμα ανεξάρτητη, ενώ η άλλη ομάδα είχε εξαρτηθεί από αυτά τα αυτόνομα βακτήρια, τα οποία εξακολουθούσαν να παράγουν θρεπτικά συστατικά από μόνα τους".

Μια παρόμοια απώλεια χαρακτηριστικών παρατηρήθηκε όχι μόνο σε βακτήρια, αλλά και σε άλλες ομάδες οργανισμών. Πολλά ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, δεν είναι σε θέση να παράγουν οι ίδιες τις βιταμίνες - εξαρτώνται από το φαγητό τους ή από τα βακτήρια που παράγουν βιταμίνες στο έντερο τους. Πολλά παθογόνα χρειάζονται ουσίες που παράγονται από τους ξενιστές τους προκειμένου να πολλαπλασιαστούν. Μέχρι τώρα δεν είναι σαφές γιατί οι οργανισμοί θα παραιτηθούν από την αυτονομία τους και θα εξαρτηθούν από τους άλλους. Αυτή η μελέτη δείχνει τώρα ότι η απώλεια δυνατοτήτων μπορεί να είναι εξελικτικά επωφελής και έτσι να οδηγήσει στην προσαρμογή.

«Υπήρχαν περαιτέρω αποτελέσματα που δεν είχαμε αναμείνει: Όταν μελετήσαμε το γονιδίωμα των εξαρτημένων βακτηρίων, βρήκαμε μετάλλαξη όχι μόνο σε γονίδια που εμπλέκονται άμεσα στη βιοσύνθεση αμινοξέων αλλά και σε γονίδια που ρυθμίζουν τις πρωτεΐνες που είναι που εμπλέκονται στην ενεργοποίηση ή αναστολή των μεταβολικών διεργασιών ", αναφέρει ο Christian Kost. Αυτό σημαίνει ότι η προσαρμογή ενός βακτηριακού πληθυσμού μπορεί να επιτευχθεί με διαφορετικούς τρόπους. Στην παρούσα μελέτη, αυτή η προσαρμογή συνέβη μόνο προς μια κατεύθυνση: Μία ομάδα βακτηρίων εξαρτιόταν από την άλλη. Ωστόσο, οι ερευνητές είναι πεπεισμένοι ότι μια μεγαλύτερη περίοδος δοκιμών θα είχε τελικά ως αποτέλεσμα αμοιβαίες και πιο πολύπλοκες εξαρτήσεις. Ως εκ τούτου, σχεδιάζουν να παρατείνουν τη διάρκεια του πειράματός τους. Η φυσική επιλογή εξαρτάται όχι μόνο από τη γενετική περισυλλογή του πληθυσμού, αλλά και από το μέγεθος του. Ανάλογα με τον τρόπο ζωής τους, οι φυσικοί πληθυσμοί βακτηριδίων διαφέρουν σημαντικά σε μέγεθος. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες θέλουν να μάθουν πώς το μέγεθος των βακτηριακών πληθυσμών επηρεάζει την ανάπτυξη των εξαρτήσεων και τις αλλαγές στα βακτηριακά γονιδιώματα.

Ένα σημαντικό πρόβλημα στη βιολογική έρευνα είναι ότι τα περισσότερα βακτήρια δεν μπορούν να καλλιεργηθούν υπό εργαστηριακές συνθήκες. Τα αποτελέσματα της νέας μελέτης μπορούν να εξηγήσουν γιατί συμβαίνει αυτό: Οι βακτηριακοί πληθυσμοί εξελίσσονται ταχύτατα με μεταβολικές εξαρτήσεις στο περιβάλλον τους, χάνοντας τα αντίστοιχα βιοσυνθετικά γονίδια. Οι μεταγονιδιωματικές αναλύσεις περιβαλλοντικών δειγμάτων, οι οποίες περιλαμβάνουν τις οικολογικές αλληλεπιδράσεις των μικροβιακών κοινοτήτων με το φυσικό τους περιβάλλον, μπορεί να συμβάλουν στην επίλυση αυτού του προβλήματος.

Τα πειραματικά αποτελέσματα είναι επίσης σημαντικά σε πιο εφαρμοσμένα περιβάλλοντα: Εξάλλου, οι βακτηριακές κοινότητες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην υγεία των φυτών, των ζώων και των ανθρώπων. Η μεταβολική συνεργασία - το ζήτημα του τρόπου με τον οποίο τα βακτήρια συμβάλλουν στην ανταλλαγή μεταβολιτών - θα μπορούσε να αποτελέσει καθοριστικό παράγοντα όταν οι κοινότητες των βακτηρίων επιλέγονται για εφαρμογή στη γεωργία ή στην υγειονομική περίθαλψη, προκειμένου να υποστηριχθεί η ανάπτυξη ή η άμυνα κατά των παθογόνων παραγόντων.

διαφήμιση



Ιστορία Πηγή:

Υλικά που παρέχονται από το Max Planck Institute for Chemical Ecology . Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.


Βιβλιογραφία :

  1. Glen D'Souza, Christian Kost. Πειραματική Εξέλιξη της Μεταβολικής Εξάρτησης στα Βακτήρια . PLOS Genetics, 2016; 12 (11): e1006364 DOI: 10.1371 / journal.pgen.1006364