Znajdź zawartość

Czy bakterie się starzeją? Kiedyś uważano, że nie, a przynajmniej nie w takim sensie jak inne organizmy, ponieważ dzieląc się na komórki potomne, tworzą klony i wiecznie młodą populację. Okazuje się jednak, że to nieprawda i przekazując jednej z córek więcej uszkodzeń, a drugiej mniej, bakterie manipulują sprawnością ewolucyjną całej populacji (Current Biology). Starzenie organizmu jest często powodowane przez akumulację niegenetycznych uszkodzeń, np. utlenionych białek. Która z dwóch alternatyw jest lepsza dla jednokomórkowego organizmu, u którego pojawiło się nienaprawialne uszkodzenie: podzielić uszkodzenia komórkowe po równo między komórki potomne czy przydzielić jednej z nich całość uszkodzeń? - pyta prof. Lin Chao z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Okazuje się, że bakterie wybrały drugą opcję. Wydają się przekazywać jednej z córek więcej uszkodzeń (to bakteria postarzona), a drugiej mniej (biolodzy nazywają to odmłodzeniem). Chao oraz Camilla Rang i Annie Peng doszli do takiego wniosku dzięki analizie komputerowej dwóch eksperymentalnych studiów z 2005 i 2010 r. Wtedy nie udało się rozstrzygnąć, czy bakterie starzeją się, czy nie, bo studium sprzed 5 lat wskazywało, że tak, a to z 2010 r., w którym wykorzystano bardziej zaawansowaną aparaturę i zebrano więcej danych, sugerowało, że nie. W ramach naszych modeli komputerowych przeanalizowaliśmy dane z obu publikacji i odkryliśmy, że w rzeczywistości pokazują tę samą rzecz. W populacji bakteryjnej starzenie i odmładzanie zachodzą jednocześnie, więc przez sposób, w jaki to mierzysz, możesz zacząć wierzyć, że nie ma starzenia. W oddzielnym badaniu naukowcy z San Diego sfilmowali pałeczki okrężnicy, które dzieliły się przez kilkaset pokoleń. Potwierdzili, że Escherichia coli dzielą się za każdym razem na komórki potomne wydłużające się w różnym tempie. Sugeruje to, że jedna z córek odziedziczyła niemal wszystkie uszkodzenia komórkowe, a druga niewiele bądź wcale. Modele komputerowe pokazały, że przekazanie jednej z komórek potomnych większej części uszkodzeń jest korzystne z perspektywy ewolucyjnej. Spostrzeżenie, że komórki potomne E. coli nie osiągają tej samej długości, sprawiło, że biolodzy uznali, że bakterie nie dzielą się na tak symetryczne części, jak wcześniej sądzono. W bakteryjnej komórce musi [zatem] istnieć jakiś mechanizm aktywnego transportu, który przenosi niegenetyczne uszkodzenia do jednej z komórek potomnych - podsumowuje Chao.

Bakterie z rodzaju Wolbachia, pasożyty przekazywane następnym pokoleniom wyłącznie za pośrednictwem komórek jajowych, kontrolują płeć potomstwa zainfekowanych pająków z gatunku Oedothorax gibbosus. Ponieważ w interesie mikroba leży rozrost populacji samic, nakłania swoje gospodynie do dzieworództwa lub uśmierca samce na wczesnym etapie rozwoju. Żyjące w cytoplazmie komórek (endosymbiotyczne) bakterie związane obowiązkowo lub warunkowo ze stawonogami mogą, jak widać, zwiększać swoje rozpowszechnienie w populacji, zmieniając reprodukcję gospodarzy. Dotąd wspominano o manipulacjach reprodukcyjnych wśród owadów (zwłaszcza błonkoskrzydłych, motyli, muchówek i chrząszczy), skorupiaków (równonogów) i roztoczy. Mimo że zaobserwowano, że endosymbionty są często spotykane u pająków i że proporcja płci pewnych gatunków pająków jest silnie sfeminizowana, dotąd dla tego rzędu nie zademonstrowano bezpośredniego związku między zakażeniem bakteryjnym a zmiennością stosunku płci. Samice O. gibbosus, pająka z rodziny Erigoninae, wykazują znaczne zróżnicowanie proporcji płci młodych i bywają zarażone co najmniej trzema różnymi bakteriami endosymbiotycznymi, zdolnymi do zmieniania reprodukcji gospodarza. Bram Vanthournout z Uniwersytetu w Gandawie, którego artykuł ukazał się właśnie w piśmie BMC Evolutionary Biology, ujawnia, że chodzi o riketsje oraz reprezentantów dwóch innych rodzajów – Wolbachia i Cardinium. Eksperymenty pokazały, że zmienność stosunku płci była dziedziczona w linii matczynej, a usunięcie bakterii za pomocą antybiotyków przywracało normalną proporcję liczby samców i samic. Lęgi samic zakażonych Gram-ujemnymi bakteriami Wolbachia były silnie sfeminizowane, podczas gdy u niezarażonych samic proporcja młodych obojga płci podlegała wyrównaniu. Ponieważ lęgi samic zarażonych okazały się znacznie mniejsze, uśmiercanie męskich płodów wydaje się najbardziej prawdopodobnym mechanizmem.

Po raz pierwszy naukowcy dowiedli, że 28-letnia matka, która zmarła na białaczkę, podczas ciąży przekazała komórki nowotworowe swojej córce. Dokonali tego specjaliści z Instytutu Badań nad Rakiem w Surrey (Proceedings of the National Academy of Sciences). To bardzo rzadkie zjawisko, dotąd tylko w 17 przypadkach dziecko wydawało się dzielić z matką nowotwór. Zazwyczaj w grę wchodziła białaczka bądź czerniak. W zwykłych okolicznościach układ odpornościowy dziecka rozpoznawał i niszczył matczyne komórki nowotworowe, lecz tutaj z jakiegoś powodu mechanizm się nie sprawdził. W 2006 roku pewien Japończyk przywiózł do tokijskiego szpitala 11-miesięczną dziewczynkę. Okazało się wtedy, że cierpi ona na białaczkę, podobnie jak jej matka, która zmarła 3 miesiące po porodzie. Po zastosowaniu analizy genetycznej i porównaniu próbek krwi matki i córki okazało się, że występują w nich dokładnie takie same komórki nowotworowe. Jak to stwierdzono? U konkretnej osoby do nowotworów prowadzą losowe mutacje. Oznacza to, że choć usłyszeli tę samą diagnozę, guzy dwóch ludzi się od siebie różnią, chyba że w obu przypadkach komórki pochodzą z tego samego źródła. Skoro u matki i córki występowała identyczna mutacja, a wykazano, że dziecko nie odziedziczyło tego genu po matce, komórki nowotworowe musiały pokonać barierę łożyska. Wydaje się, że w tej i innych sytuacjach przekazania nowotworu z matki na potomstwo matczyne komórki przechodzą przez łożysko do rozwijającego się płodu i udaje im się skutecznie zaimplantować, ponieważ pozostają niewidoczne dla układu odpornościowego – tłumaczy profesor Mel Greave, autor studium. Tym samym udało się rozwiązać problem medyczny nękający naukowców od wieku. Owszem, matka może "zarazić" dziecko nowotworem. Brytyjczycy opisali też mechanizm, za pośrednictwem którego komórki nowotworowe oszukały układ odpornościowy dziewczynki. Okazało się, że brakowało w nich pewnego fragmentu DNA, pozwalającego na określenie ich "molekularnej tożsamości". W takich okolicznościach organizm nie traktował najeźdźców jak obcych i nie organizował obrony.