Amoebas, a mutánsok nem engedik meg magukat, hogy megtévesztették őket • Alexander Markov • Tudományos hírek a "Elemekről" • Genetika, pszichológia

A mutáns amoebák nem bolondozzák magukat

amőbák Dictyostelium az élelmiszer hiánya miatt többszeletes aggregátumokban (a bal oldalon), amelyek egy hosszú száron gyümölcsös testet képeznek (a jobb oldalon). Fotók a www.iaa.es címen

Az együttműködésen és az önzetlenségen alapuló bármely társadalmi rendszernek meg kell védenie magát a freeloaderek és csalók ellen, akik kihasználják valaki más jóságát, de nem adnak semmit cserébe. Az amerikai biológusok amoebás kísérletekkel végzett kísérletei DictyosteliumAmelyben a társadalmi parazitizmus széles körben elterjedt, bebizonyosodott, hogy a freeloaders elleni védekezési képesség nagyon gyorsan fejlődhet a véletlenszerű mutációk és a freeloaders által végzett kiválasztás eredményeképpen.

amőbák Dictyostelium Az elmúlt években kedvelt témává vált a biológusok, akik tanulmányozták az együttműködés és a társadalmi viselkedés fejlődését. Az élelmiszer hiánya miatt ezek az amoebák nagy, többsejtű aggregátumokban (pseudoplasma) gyűlik össze, amelyekből gyümölcsös testek jönnek létre. Azok az amoebák, akiknek a sejtjei a gyümölcsös test lábainak felépítéséhez mennek, valójában áldozataik az elvtársak kedvéért, akik esélyt kapnak arra, hogy érvekké váljanak és folytassák a versenyt. Számos más mikrobában nagyon hasonló társadalmi viselkedés figyelhető meg,beleértve a baktérium mixococci-t is (lásd: A komplex kollektív viselkedés egy mutációval, "Elements", 2006.05.25.) és a bacillusok (lásd: Altruista baktériumok segítik rokonaiknak, hogy a kannibalam eszik magukat, "Elements" 2006. február 27.), valamint számos unicelluláris eukarióta kombinálva a dictyosteliummal egy myxomycetes csoportba.

Úgy tűnik, hogy az evolúció többszörös "megpróbált" létrehozni egy multicelluláris organizmust a társadalmi baktériumokból vagy a legegyszerűbbekből, amelyek sűrű klaszterekké alakíthatók, de valamilyen oknál fogva nem mentek tovább, mint plasmodia és egyszerűen elrendezett többsejtű gyümölcsös testek. Minden valóban összetett multicelluláris organizmus különböző módon alakul – nem az egyedi sejtek saját saját genomjaitól, hanem egyetlen sejtből származó leszármazottaikból (amely biztosítja a test összes sejtjének genetikai azonosságát).

Az életciklus és a társadalmi parazitizmus Dictyostelium. kék és sárga A virágok két amoebas törzseket (fajtákat) jeleznek: "csalók" és "becsületes". és – a bőséges ételek amoebas egyedül élnek, szaporodnak és szaporodnak nemi (divízió); a szexuális reprodukció néha előfordul a bennük is, de a laboratóriumban nagyon ritka, és nem szerepel a diagramon. b-c – Az élelmiszer hiánya miatt az amoebákat nagy fürtökben gyűjtik össze. d – Ennek eredményeképpen többmilliós hosszúságú multicelluláris aggregátumok képződnek, amelyek bizonyos időn keresztül csúszómaszkokban tudnak mozogni; ezeket "csigák" -nak nevezik. e-g – a végén a többsejtes egység a száron "gyümölcsös testet" alakít; míg a sejtek mintegy 20% -a feláldozza magát, lábat alkot, és 80% -a spórákká válik, és esélyt kap arra, hogy folytassa a kedvét. Látható, hogy a kék sejtek ("csalók") szinte minden helyet elfoglalták a gyümölcsös testben, és vitákká alakultak, és minden hálátlan munkát elhagyták, hogy létrehozzák a szárat a sárga sejtekhez ("őszinte"). Ábra. a cikkből: Richard H. Kessin. Az együttműködés veszélyes lehet // természet. 2000. V. 408. P. 917-919

Az egysejtű egyedek csoportjaiból kialakuló többsejtű organizmusok "evolúciós hiábavalóságának" egyik legszembetűnőbb oka az, hogy az ilyen szervezetek ideális feltételeket teremtenek a társadalmi parazitizmus és a haldoklás kialakulásához. Minden olyan mutáció, amely lehetővé teszi egy egysejtű egyének számára, hogy élvezhesse az élet előnyeit egy többcsatornás "csapatban", és ne adjon semmit cserébe, esélye terjesztésére annak ellenére, hogy halálát a lakosságnak tekintette (lásd: A mikrobiológusok szerint: a multicellularitás átverés, elemek, 2007. április 6.) .Pontosan ugyanaz a probléma felmerül a szociális állatok előtt, beleértve az embereket is (lásd: A csalás jobban emlékszik, mint a becsületes cselekedetek, "Elements", 2009.07.02.).

Annak érdekében, hogy túlélhessék, a társadalmi szervezetek, mint a dictyostelium, valamilyen módon meg kell védeniük magát a freeloaderektől. Elméletileg ezt többféle módon tehetik meg (lásd az alábbi linkeket). Korábban a myxobacteriumok egyikében végzett kísérletekben egy mutáció megjelenését jegyezték fel, amely védelmet nyújt a csalás ellen (lásd: A komplex kollektív viselkedés egy mutációval, Elementy, 2006.05.25.) Történhet. Azonban eddig senki sem próbált kísérletesen megállapítani az ilyen mutációk előfordulásának valószínűségét (vagy gyakoriságát), vagyis annak megértését, hogy egy vagy több különböző paraziták ellenállása gyakori vagy ritka kivétel.

A Houstonban (Diciostelium) számos kutatóközpontban dolgozó biológus által végzett kísérletek azt mutatták, hogy a véletlenszerű mutációk kialakulásának valószínűsége ebben a szervezetben meglehetősen magas. A tudósok kétfajta dictiostelium törzsekkel dolgoztak – a vad típusú "becsületes" amoebák (a törzs szimbóluma AX4) és a számos ismert améba törzs – csaló (chtC) egyike.Ha ezekből a törzsekből egyenlő arányban keveredik az amőba, és éhezik, akkor kiméra (vegyes) gyümölcsös testet alkotnak. Ugyanakkor a "csalók" elfoglalják a legjobb helyeket a gyümölcsös testben, és vitákká alakulnak, így egyedül a "becsületes" amoebákat adják a gyümölcsös testének felépítésére. Ennek eredményeképpen az ebből eredő vita vitathatatlanul uralta a csalók vitáit.

A szerzők mesterségesen növelték a "becsületes" Ameba AX4 mutációs sebességét genetikai konstrukciók (plazmidok) alkalmazásával, amelyeket a dictyostelium genom különböző részeibe illesztettek (lásd a Restriction Enzyme-Mediated Integration (REMI) mutagenezist). A plazmid az antibiotikum rezisztencia gén blasticidin S-ből állt. A genom különböző helyein történő beágyazódás révén a plazmid befolyásolta a közeli gének működését. Aztán az ameba-mutánsok halmazából egy ezer embert vettek fel különböző mutációval, és mindegyiküknek lehetőséget kaptak a szaporodásra.

Ezután elkezdődött a parazitákkal szembeni rezisztencia kiválasztása, és a parazitákat maguk választóként használták fel. Az ezer mutáns törzsből származó Ameba egyenlő arányban keveredett össze, és az amoebas megtévesztéssel kombinálva ez utóbbi négyszer annyi, mint a becsületes ameba mutánsok.A kevert népesség éhínség volt, hogy gyümölcsös testeket alakított ki. Ezután a kapott spórákat összegyűjtöttük, és az amoebákat ezekből származtattuk. Természetesen a chtC csalók uralkodtak közöttük, de a kísérletezők mindegyiküket blasticidin S-el ölték meg (ahogyan emlékszünk, minden amőba mutánssal rendelkezik egy gén, amely megvédi őket az antibiotikumtól). Az eredmény ameba mutánsok keveréke volt, de az eredeti törzsek ezeréből már uralta azokat, akik jobban ellenállhattak a csalóknak. Ezeket az amoebákat újra összekeverték a megtévesztőkkel 1: 4 arányban, és ismét gyümölcsös testeket kényszerítettek.

Az amoeba-mutáns populációban hat ilyen ciklus után az eredeti törzsek közül csak ezer maradt. A szerzők tanulmányozták ezen amoebák genomját, és kiderült, hogy a plazmidot beépítették a génbe DDB_G0271758egy ismeretlen funkciójú fehérjét kódolva.

A túlélő mutáns törzset rccA-nak neveztük (chtC A csaló ellenállása). A szerzők megbizonyosodtak arról, hogy a rccA amoebas-t ténylegesen védik a csalók – chtC. Ha egyenlő arányban összekevereded ezeket és másokkal, akkor a kiméra gyümölcsös testekben viták is egyenlő arányban képződnek – ezért az amoebas chtC csaló technikái, bármi is legyenek is, erőtlenek az ameba rccA ellen.Az ameba, LAS1 másik megtévesztő törzse azonban sikeresen parazitálta a rcca-t amoebákra. Ezért egy mutáció a génben DDB_G0271758 védett amoebák nem minden csalóból, hanem csak jól definiáltak.

A szerzők azt is ellenőrizték, hogy maga a rezisztens rccA törzs "csalóvá" vált-e az eredeti AX4 törzshez képest. Elméletileg az evolúciós "fegyverkezési versenyben" egy csaló legyőzésének egyik módja az, hogy magad is még ügyesebb csalóvá váljon. A megtévesztők közötti ilyen verseny végső soron az együttmûködésen alapuló egész rendszer teljes összeomlását eredményezheti. Ebben az esetben azonban nem történt meg: az rccA törzs eléggé "tisztességes" maradt az AX4 tekintetében.

Ezenkívül az azonos amoebas AX4 ("vad"), chtC ("csalók") és rccA ("védett") amoebákból álló vegyes tenyészetekkel végzett kísérletek azt mutatták, hogy az rccA amoebas nem csak maguk, hanem vad amoebas AX4 (bár kisebb mértékben). A rccA amoebas jelenléte valamilyen módon megakadályozza, hogy a chtC csalóinak az amoebas AX4-et a gyümölcsös testekben előnyös pozíciókból kifordítsák. Nyilvánvaló, hogy a becsületes törzsek kölcsönös segítségnyújtása további lehetőségeket nyit meg a csalók elleni küzdelemben.

A parazitástól védett amoebák tenyésztéséről szóló kísérletet még hatszor ismételtük más amőba-mutáns mintákkal.Minden esetben, a kezdeti ezer mutáns törzs közül hat kiválasztási ciklus után, vagy egy vagy kettő ellenállt a chtC parazitizmustól. Három esetben az ellenállás nem fejlődött az eredeti plazmid betét rovására, hanem a kísérlet során spontán módon előidézett egyéb mutációk rovására. Ennek megállapításához a tudósok meghatározták, hogy a rezisztens törzs plazmidját beiktatták, majd beültették a plazmidot az amőba genom ugyanazon pontjába az eredeti AX4 vonalból. Ha egy ilyen műveletet követően az amoebas nem szerezte meg a képességét, hogy ellenálljon a freeloadersnek, akkor ez a képesség más mutációk eredményeként jött létre. Pontosan – a szerzők nem tudták (technikailag nagyon nehéz).

A vizsgált hét ellenálló törzs közül háromból csalók lettek a chtC irányába, és megtanulták megtéveszteni az eredeti vad törzs AX4-et is. Mások őszinték maradtak.

A tanulmány kimutatta, hogy a Dictiostelium nagyon magas a parazitákkal szemben védelmet nyújtó mutációk megjelenésének valószínűségével. A freeloaders jelenléte hozzájárul a védő mutációk terjedéséhez. Ez vezethet az evolúciós "fegyverkezési versenyhez" a megtévesztők és a becsületes amoebák között: az előbbiek javítják a megtévesztés eszközeit, ez utóbbi – a védelem eszközeit.Annak érdekében, hogy megvédjék magukat a megtévesztőektől, az amoebáknak nem kell csalónak lenniük. Ez hozzájárul az együttműködés megőrzéséhez. A megtévesztés és az ellene való védelem molekuláris mechanizmusa még ismeretlen, ám valószínűleg az intercelluláris kommunikációhoz és a kölcsönös elismerési rendszerekhez kapcsolódik.

Forrás: Anupama Khare, Lorenzo A. Santorelli, Joan E. Strassmann, David C. Queller, Adam Kuspa, Gad Shaulsky. A csalás-ellenállás nem hiábavaló // természet. Előzetes online kiadvány 2009. szeptember 30.

A csalókkal való foglalkozás mechanizmusairól lásd még:
1) A becses élesztő és a csaló élesztő együtt élhetnek, "Elements", 2009/04/20.
2) Az Altruisták virágzik a statisztikai paradoxonnak köszönhetően, Elements, 2009. január 16.
3) A társadalmi rovarok altruizmusát a rendőri módszerek támogatják, "Elements", 2006.11.08.
4) A mikrobiológusok azt állítják, hogy a multicellularitás teljes csalás, "Elements", 2007. április 6.
5) A csalás jobban emlékszik, mint a becsületes akciók, "Elements", 2009.07.02.
6) A komplex kollektív viselkedés képessége egyetlen mutációnak köszönhető, "Elements", 2006/05/25.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: