Akik gyorsabban növekednek, azok hamarabb meghaltak - Hogyan befolyásolja a növekedési sebesség a baktériumok alkalmasságát
Elena Biselli a mikroszkópon Andreas Heddergott/TUM
"A baktériumok alkalmassága a vártnál összetettebb" - magyarázza Ulrich Gerland, a müncheni Műszaki Egyetem komplex biológiai rendszerek elméletének professzora. A fizikus több éve tanulmányozza az E. coli baktériumok túlélési stratégiáit.
Az Escherichia coli latin nevű egysejtű szervezetek, amelyek támogatják az emésztést az emlősök vastagbélében, népszerű mintaszervezet. Segítségükkel megvizsgálható, hogy az élőlények hogyan tudnak alkalmazkodni a változó környezeti feltételekhez.
Túlélni rossz időkben
"Korábban ismert volt, hogy a biológiai alkalmasság két dologtól függ: a növekedési sebességtől, amikor élelmiszer áll rendelkezésre, és a túlélési képességtől a tápanyaghiány idején" - magyarázza a tudós. "Azonban nem volt világos, hogy ez a két tényező hogyan kapcsolódik egymáshoz."
Gerland csapatával együtt most először vizsgálta szisztematikusan, hogy a gyors vagy lassú növekedés milyen mértékben befolyásolja az E. coli baktériumok túlélését:
„Bebizonyosodott, hogy a növekedési körülmények változása közvetlen hatással van a halálozási arányra. Ezek egy egyszerű törvényt követnek: a legjobban táplált és leggyorsabban növekvő baktériumok is elsőként pusztulnak el, ha nélkülözik őket az élelemmel. "
Nagy baktériumok - gyenge erőnlét
Tehát a túl sok elfogyasztás káros a baktériumok alkalmasságára. De miért? A kérdés megválaszolásához a TUM kutatói különféle kísérleteket hajtottak végre: Először az E. coli baktériumok tenyészeteit változó tartalmú tápoldatokkal látták el.
A második lépésben a protozoákat nulla étrendre helyezték. Az egész időszak alatt a tudósok azt vizsgálták, hogy a sejtek szaporodtak-e és milyen gyorsan, és mennyi ideig maradtak életben.
harc a túlélésért
A kutatás kimutatta, hogy bármilyen jól vagy rosszul tápláltak is, a baktériumok abbahagyják a szaporodást, ha nélkülözik őket az élelemmel. Ebben a "fenntartó fázisban" a szervezet a puszta túlélésért küzd: Az összes rendelkezésre álló energiaforrást - például más, már elhullott fajok sejtmaradványait is - felhasználják az anyagcsere fenntartására.
Ebben a szélsőséges helyzetben sok sejt néhány napon belül éhen hal. A halálozási arány különösen magas a gyorsan növő E. coli baktériumok között. „Gyors növekedésnek vannak kitéve, és pazarolják az energiaforrásokat. Ez az éhségszakaszban való visszavonásuk ”- magyarázza Gerland.
Valójában a korábban bőségesen táplált baktériumoknak is megnövekedett energiaigényük van, amit további kísérletek bizonyítanak. Azok pedig, akiknek sok energiára van szükségük, nem élhetik túl az éhséget.
"Most már megértettük, hogy az evolúció miért nem kedvez a lehető leggyorsabb szaporodásnak" - mondja Gerland. "A faj túlélése szempontjából döntő jelentőségű biológiai alkalmasság a növekedés és a túlélhetőség egyensúlyán alapszik."
Sárgarépa és bot antibiotikum terápia
A kutatási eredmények felhasználhatók a jövőben az antibiotikumok hatékonyságának javítására, például: „A sárgarépa és a pálca elve szerint például egy desszert fogyasztásával stimulálhatjuk a bélbaktériumok szaporodását. Ez gyengítené őket, ha akkor antibiotikumot szedne egy bélfertőzés ellen ”- magyarázza Gerland. De még túl korai konkrét ajánlásokat tenni. Itt további kutatásokra van szükség.
A kutatást a Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG; SPP1617 és SFB/Transregio 174), a Müncheni Kvantitatív Biológiai Tudományok Doktori Iskolájának (QBM) és az Európai Molekuláris Biológiai Szervezet (EMBO) kutatási támogatása finanszírozta. A vizsgálatokat a komplex biológiai rendszerek fizika tanszékén és a TUM Fehér Biotechnológiai Kutatóközpontjában végezték.
Prof. Dr. Ulrich Gerland
A komplex bioszisztémák elmélete
Müncheni Műszaki Egyetem
James-Franck-Str. 1, 85748 Garching, Németország
Tel .: +49 89 289 12394 - E-mail: [email protected]
Elena Biselli, Severin Josef Schink, Ulrich Gerland:
Az Escherichia coli lassabb növekedése hosszabb karbantartáshoz vezet a karbon éhezésben a fenntartási arány csökkenése miatt
Molecular Systems Biology, (2020) 16: e9478 - DOI: 10.15252/msb.20209478