Оние кои растат побрзо, побрзо умреле - Како стапката на раст влијае на подготвеноста на бактериите
Елена Бисели на микроскоп Андреас Хедерготт/ТУМ
„Фитнесот на бактериите е посложен отколку што се очекуваше“, објаснува Улрих Герланд, професор по теорија на комплексни биосистеми на Техничкиот универзитет во Минхен. Физичарот ги проучува стратегиите за преживување на бактериите Е.коли веќе неколку години.
Едноклеточните организми со латинско име Escherichia coli, кои го поддржуваат варењето на храната во дебелото црево на цицачите, се популарен модел на организмот. Со нивна помош, можно е да се проучи како живите суштества успеваат да се прилагодат на променливите услови на животната средина.
Преживејте во лоши времиња
„Претходно беше познато дека биолошката подготвеност зависи од две работи: стапката на раст кога е достапна храна и способноста да се преживее во време на недостаток на хранливи материи“, објаснува научникот. „Сепак, не беше јасно како се поврзани овие два фактори.
Заедно со неговиот тим, Герланд сега за прв пат систематски истражуваше до кој степен брзиот или бавниот раст влијае на одржливоста на бактериите E. coli:
„Се покажа дека промените во условите за растење имаат директно влијание врз стапката на смртност. Овие следат едноставен закон: најдобро хранетите и најбрзо растечките бактерии се и првите кои умираат кога ќе бидат лишени од храна “.
Големи бактерии - слаба кондиција
Значи, премногу јадење е лошо за фитнесот на бактериите. Но зошто? За да најдат одговор на ова прашање, истражувачите на ТУМ спроведоа разни експерименти: Прво, културите на бактериите Е. коли се снабдуваа со хранливи раствори со различна содржина.
Во вториот чекор, едноклеточните организми беа ставени на нула диета. Во текот на целиот период, научниците истражувале дали и колку брзо клетките се размножиле и колку долго преживеале.
се борат за да преживеат
Истражувањето покажало дека без оглед колку добро или слабо се храни, бактериите престануваат да се размножуваат кога ќе бидат лишени од храна. Во оваа „фаза на одржување“, организмот се бори за гол опстанок: Сите достапни извори на енергија - на пример, остатоци од клетки на други видови кои веќе умреле - се користат за одржување на метаболизмот.
Во оваа екстремна ситуација, многу клетки умираат од глад за неколку дена. Стапката на смртност е особено висока кај брзорастечките бактерии на E. coli. „Тие се наменети за брз раст и трошат енергетски ресурси. Ова е нивно откажување за време на фазата на глад “, објаснува Герланд.
Всушност, претходно изобилно хранетите бактерии, исто така, имаат зголемено барање за енергија, како што докажуваат понатамошните експерименти. А, оние на кои им треба многу енергија, имаат помали шанси да преживеат време на глад.
„Сега разбираме зошто еволуцијата не ја фаворизира најбрзата можна репродукција“, вели Герланд. „Биолошката подготвеност, која е клучна за опстанокот на еден вид, се базира на рамнотежата помеѓу растот и преживувањето.
Антибиотска терапија со моркови и стапчиња
Резултатите од истражувањето може да се користат во иднина за да се подобри ефикасноста на антибиотиците, на пример: „Според принципот морков и стап, може, на пример, да се стимулираат цревните бактерии да растат со конзумирање десерт. Тоа би ги ослабело ако потоа земете антибиотик против цревна инфекција “, објаснува Герланд. Но, сè уште е рано за конкретни препораки. Тука се потребни дополнителни истражувања.
Истражувањето е финансирано од Дојче Форшунгсгеселшафт (DFG; SPP1617 и SFB/Трансрегио 174), грант за истражување ДФГ од Дипломиран факултет за квантитативни биолошки науки во Минхен (QBM) и грант за истражување од Европската организација за молекуларна биологија (ЕМБО). Истрагите беа спроведени на Столот за физика на комплексни биосистеми и во Истражувачкиот центар за бела биотехнологија при ТУМ.
Проф. Улрих Герланд
Теорија на комплексни биосистеми
Технички универзитет во Минхен
Jamesејмс-Франк-Ул. 1, 85748 Гархинг, Германија
Тел.: +49 89 289 12394 - Е-пошта: [email protected]
Елена Бисели, Северин Јозеф Шинк, Улрих Герланд:
Побавниот раст на ешерихија коли доведува до подолг опстанок во јаглерод глад како резултат на намалувањето на стапката на одржување
Биологија на молекуларни системи, (2020) 16: e9478 - DOI: 10.15252/msb.20209478