Bacimozi – Főszerepben az evolúció

Egy újfajta kísérleti elrendezés révén látványosan jeleníthető meg, hogy milyen hihetetlen sebességgel alkalmazkodnak a baktériumok az új kihívásokhoz.

Bacimozi – Főszerepben az evolúció

1. oldal

Az alábbi videó cselekményének menete valószínűleg sokak számára ismerős lehet: a szereplők egy sor egyre nagyobb megpróbáltatásnak vannak kitéve, amelyeken csak úgy tudnak túljutni, ha új képességekre tesznek szert. A történet tehát nem új, ilyen formában azonban mostanáig nem sokan láthatták.

A mellékelt felvétel főszereplői ugyanis baktériumok. A forgatási helyszín egy 120 x 60 centiméteres, átlátszó tároló, amelyben agaragar táptalajt és sávonként változó mennyiségű antibiotikumot helyeztek el. A tároló legkülső zónái gyógyszermentesek, így ezekben a biztonságos részekben a baktériumok könnyen gyarapodhatnak. Az edény közepe felé haladva aztán egyre nagyobb koncentrációban van jelen az antibiotikum, így a környezet egyre halálosabb. Főhőseinknek tehát ahhoz, hogy túléljék a mérgező zónákat, ellenállóvá kell válniuk a hatóanyaggal szemben.

És a felvétel tanúsága szerint ezt meg is teszik. A videó kezdetén a baktériumokat a külső sávban helyezik el a kísérletező kutatók, amit gyorsan kolonizálnak is a mikrobák. Ahogy elérik a második zóna határát, és vele az első adag antibiotikumot, előretörésük lelassul. Néhány pillanat elteltével azonban világos pöttyök jelennek meg a határon, amelyek elkezdenek kiterjedni az új zónára. Ezen pöttyöket olyan baktériumok alkotják, amelyek menet közben az antibiotikum hatásait semlegesítő mutációkat szedtek össze. A következő határnál aztán ismét megtorpan a kolonizálás, míg ki nem fejlődnek az ellenálló törzsek. A film végére, a kísérlet kezdete után 11 nappal a középső, legtöbb antibiotikumot tartalmazó zóna is meghódításra kerül.

A felvétel látványos szemléltet egy nagyon is valós és jelentős problémát. A kórokozó baktériumok és más mikrobák riasztó sebességgel válnak ellenállóvá a forgalomban lévő gyógyszerekkel szemben. Ennek eredményeként 2050-re évente várhatóan 10 millióan fognak meghalni mikrobiális fertőzésekben. Az antibiotikum-rezisztens baktériumok felbukkanása ugyanakkor ijesztő volta mellett meglehetősen nehezen megfogható probléma is egyben: a mikrobák ugyanis kis méretüknek köszönhetően szabad szemmel láthatatlanok, és a hatóanyagokkal szembeni ellenállóképesség kialakulását sem könnyű vizualizálni.

A fenti videó azonban pontosan erre szolgál. Elképesztően látványosan ábrázolja az evolúció folyamatát, egy két perces filmben lencsevégre kapva, ahogy az apró élőlények új kihívásokkal szembesülve elhullanak, versengenek, lendületet kapnak, hódítanak és alkalmazkodnak. A felvételt Michael Baym, a Harvard kutatója készítette, aki a rendezői feladatok mellett a produceri munkálatokról, a szereplőválogatásról, a forgatási helyszín berendezéséről és a világításról is gondoskodott.

A különleges tárolót Baym eredetileg Mikrobiális Növekedési Obszervatóriumnak (Observatory of Microbial Growth, OMG) nevezte el, de konzervatívabb kollégái javaslatára később átkeresztelte az elrendezést, amely így ma már a Mikrobiális Evolúciós és Növekedési Arénatábla (Microbial Evolution and Growth Arena plate, MEGA-plate) nevet viseli.

Az edény eredeti neve annyiban mindenképp helytállónak bizonyult, hogy amikor Baym egy hónappal ezelőtt egy washingtoni konferencián először prezentálta felvételeit, több leesett állú résztvevő száját is elhagyta ugyanezen betűszó. „Izgalmas, kreatív és forradalmi” – jellemezte a kísérletet Shelly Copley, a Coloradói Egyetem kutatója, a konferencia szervezőinek egyike. Baym maga már több százszor látta felvételeket, de még mindig lenyűgözőnek tartja ezeket. „Ténylegesen látni, ahogy a mutációk megtörténnek” – mondja.

A MEGA-plate mellékesen került kifejlesztésre Baym más kutatásai mellett. A szakértőt egy kollégája kísérlete ihlette meg, aki egy flakonban tenyésztett baktériumokat, és ahogy azok gyarapodtak, egyre több antibiotikumot adagolt hozzájuk. A folyamatosan változó környezetben egyre nehezebbé vált a túlélés, így a mikrobáknak állandóan fejlődniük kellett. „Olyan az egész, mint a vakondvadász játék bakteriális változata” – mondja Baym. „Egyre nagyobb kalapácsokkal ütögetjük az ellenfeleket, amelyek egyre jobb sisakokat viselnek.”

A flakonban élő baktériumok azonban csak korlátozottan alkalmasak az evolúció tanulmányozására. A valóságban ugyanis az alkalmazkodás nem egy változó összetételű, de többé-kevésbé mindig homogén folyadékban zajlik le. A mikrobák felületeken növekednek, új területeket hódítanak meg, és versengenek szomszédaikkal. A folyamat térbeliségét tehát nem szabad szem elől téveszteni. És Baym pontosan ennek érzékeltetésére hozta létre a MEGA-plate-et.

2. oldal

A kísérlet összeállítása egyszerű volt. Baym megrendelte a legnagyobb műanyag lapot, amely befért a laborajtón, majd erre építette rá a tároló többi részét, és az egyéb hozzávalókat. A filmek elkészítése ugyanakkor jóval nehezebb feladatnak bizonyult. Mivel a legtöbb agaragar gél sárga színű, ami nem túl előnyös a felvételeken, Baym és kollégája, Tami Lieberman feketére festették a táptalajt. A zavaró tükröződések problémáját rengeteg fekete festékkel és ragasztószalaggal oldották meg. A fedőlemezen kicsapódó vizet hősugárzókkal tüntették el, a táptalaj más mikrobákkal való megfertőződését pedig gondos és rendszeres fertőtlenítéssel akadályozták meg.

Baym és Lieberman esténként és hétvégenként dolgozott a projekten, amelynek sokáig nem is tulajdonítottak nagyobb jelentőséget. Lassan azonban egyre világosabbá vált számukra, hogy milyen érdekfeszítő dologba vágtak bele. Amikor aztán megmutatták munkatársaiknak az első elkészült felvételt, amelyen már megfigyelhetők voltak az evolúciós mintázatok, egyöntetű volt a vélemény, hogy tegyenek félre minden mást, és elsősorban ezen a kísérleten dolgozzanak.

A MEGA-plate látványosan demonstrálja, hogy a baktériumok milyen könnyen alkalmazkodnak a velük szemben kezdetben még hatásos antibiotikumokhoz. A kísérletek során a olyan kólibaktériumok fejlődtek ki, amelyek a köznapi törzsekhez képest ezerszer ellenállóbbá váltak hét különböző gyógyszerrel szemben is. A tároló közepét elérő mikrobák ellenállóképessége az eredeti tízezerszeresére növekedett a trimetoprimmel szemben, és százezerszeresére a ciprofloxacinnal szemben. Egyes törzsek egyenesen kivonták a ciprofloxacint a táptalajból, és az elviekben rájuk halálos hatóanyag kristályait kalapként kezdték magukon viselni.

Ezt persze már más kutatók is igazolták, de mostanáig senkinek sem sikerült ennyire látványosan megmutatni az antibiotikum-rezisztencia kialakulásának folyamatát. A MEGA-plate ugyanakkor jóval több egy vizualizációs eszköznél, hiszen nagyon hasznos lehet a kutatások során is. Baym és kollégái például begyűjthetik a különböző zónák egyes mikrobáit, és szekvenálhatják ezek genomját, hogy megtudják, mely mutációk tették lehetővé, hogy a baktériumok eljussanak a biztonságos szélső területről a mérgező középső részekre.

Ami még fontosabb, a kísérleti elrendezés lehetővé teszi, hogy a baktériumok fejlődését egy realisztikus, háromdimenziós térben tanulmányozzák a szakértők. Hogy ez miért fontos, arra jó példa lehet az alábbi felvétel. A 30. másodperc környékén a mikrobák betörnek az első antibiotikumot tartalmazó zónába, de kolóniáik ekkor még kicsik és ritkák a területen. Ahogy aztán a film folytatódik, világos foltok kezdenek megjelenni a halvány részek némelyikén. Itt olyan baktériumok találhatók, amelyek mutációiknak köszönhetően ellenállóvá váltak az antibiotikummal szemben és gyorsan is szaporodnak.

A foltokban tehát a legfittebb mikrobák kezdenek gyarapodni, azonban ezek közül messze nem lesz mindegyik sikeres hódító. Sőt: a legtöbb jól sikerült törzs végül elhullik, mivel csapdába esik. A gyengébb mikrobák elszipkázzák előlük a tápanyagokat, így a gyorsan növő kolóniák nem tudnak hová terjeszkedni. „Nem az a fontos, hogy mindenkinél jobb legyél magad körül, sokkal lényegesebb, hogy elsőként juss el az érintetlen új területekre” – magyarázza Baym.

A kísérlet tehát az evolúció véletlenszerűségét is kiválóan demonstrálja, vagyis azt, hogy az alkalmazkodáshoz kevés egy-egy szerencsés mutáció, az is fontos, hogy ezek mikor és hol következnek be. A lokáció fertőző betegségek kialakulásában betöltött fontos szerepével csak mostanában kezdenek foglalkozni a kutatók. A cisztás fibrózisban szenvedőknél például gyakran jelentkezik a tüdőben bakteriális fertőzés. Ezek a mikrobák azonban nem egyetlen populáció tagjaiként kezdenek gyarapodni, hanem elszigetelt csomókban. A különböző csoportok egymástól függetlenül, a tüdő különböző részeiben fejlődnek, és gyakran antibiotikumokkal szembeni rezisztenciájuk is nagyon eltérően alakul.

Ezek a fertőzések tehát nagyon hasonlítanak a MEGA-plate-en megjelenő, egymással párhuzamosan létező és terjedő hullámfrontokra, mondja Michael Brockhurst, a Yorki Egyetem kutatója, aki azt reméli, hogy az új módszer talán az ilyen fertőzések gyógyításában is segítséget jelenthet majd. A gyakorlati alkalmazás lehetőségein túl a MEGA-plate egyúttal kiváló oktatási segédeszköz is, hiszen konkretizálja a megfoghatatlant: láthatóvá teszi az evolúció folyamatát. „Vizuális teremtmények vagyunk” – mondja Baym. „Azt hisszük el, amit látunk.”

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward