Granica między sztuką a nauką jest czasem trudna do uchwycenia. Naukowcy badający specyficzną bakterię, która porusza się i żeruje w skoordynowanych rojach, nieumyślnie odtworzyli coś, co bardzo przypomina znane dzieło sztuki Vincenta van Gogha.
Kiedy pewien gen ulega nadmiernej ekspresji u bakterii zwanej Myxococcus xanthus, pojedyncze organizmy zaczynają tworzyć maleńkie koliste roje. Gdy powstałe w ten sposób kolonie zostaną sztucznie zabarwione, ukazuje się obraz niezwykle podobny do „Gwiaździstej nocy” Vincenta Van Gogha.
– Nasza praca udowadnia, że podobne bakterie, znane jako bogate źródło produktów leczniczych, mogą też służyć do badań zachowań społecznych organizmów, a co więcej, wykazują artystyczne piękno – mówi mikrobiolog Daniel Wall z Uniwersytetu Wyoming.
Opis badań został opublikowany w „mSystems” (DOI: 10.1128/mSystems.00720-21).
Społeczne bakterie
Ogólnie rzecz ujmując bakterie nie są organizmami społecznymi. Jednak aby przetrwać M. xanthus musi znaleźć i rozpoznać swoich krewnych. Po utworzeniu dużych skupisk bakteria jest znacznie lepsza w żerowaniu. Każda komórka produkuje enzymy trawienne rozkładające materiał organiczny, który jest wchłaniany przez bakterie.
Naukowcy od lat są zafascynowani zdolnością tych bakterii do grupowania się w jeden superorganizm. Jednak wciąż nie posiadają kompleksowego modelu, tłumaczącego złożone ruchy kolonii bakterii.
W 2017 roku Wall i jego koledzy odkryli pojedynczy genetyczny „przełącznik” odpowiedzialny za włączanie i wyłączanie tego zachowania grupowego. Gen ten kontroluje w szczególności sekwencję białka, znaną jako TraA, która tworzy powierzchniowy receptor, służący do rozpoznawania i przyczepiania się do receptora TraB u innego osobnika.
Gwiaździsta Noc Vincenta van Gogha, fot. Wikimedia Commons/Public Domain
Gwiaździsta Noc „namalowana” przez bakterie, fot. D. Wall/University of Wyoming
Po przyłączeniu się do kolonii za pośrednictwem receptorów TraAB, bakteria może wymieniać składniki odżywcze i białka z resztą grupy. Kiedy taki rój napotyka na pożywienie, organizmy mogą łączyć swoje enzymy i metabolity, aby uczynić efektywniejszym proces trawienia.
Wszystko zmieniło się, gdy zespół wywołał mutację, która skutkowała nadekspresją połączeń TraAB, to właśnie te połączenia „sklejają” ze sobą bakterie w kolonie. Okazało się, że gdy tego „kleju” jest zbyt dużo, rój nie może się tak łatwo rozdzielić, aby zmienić swój kształt lub kierunek ruchu.
Nadekspresja genu
– W komórkach bez mutacji, bakterie poruszają się tam i z powrotem, raz do przodu, raz do tyłu – wyjaśnia bioinżynier Oleg Igoshin z Uniwersytetu Rice. – Głowa staje się ogonem, a ogon staje się głową. I rój robi to mniej więcej co 8 minut – dodaje. Nadekspresja TraAB, wydaje się powstrzymywać to zjawisko, co może być pierwszym krokiem do sterowania bakteriami.
Naukowcy uważają, że takie zjawisko wynika z dużej lepkości TraAB, co pośrednio powstrzymuje rój komórek przed zmianą kierunku. – Założyliśmy, że istnieje jakiś rodzaj zależnego od kontaktu sygnału między komórkami, który tłumi zmiany kierunku – wyjaśnia Igoshin.
Obliczenia i eksperymenty potwierdziły przypuszczenia naukowców. Nadekspresja genu prowadziła do tworzenia się wirujących kłębowisk komórek, o rozmiarach milimetra lub większych.
Rezultatem badań jest nie tylko lepsze zrozumienie, w jaki sposób miliony komórek koordynują swoje ruchy, ale również hipnotyzujący obraz świata mikrobów. Bakterie „odtworzyły” Gwiaździstą Noc, gdy zostały zabarwione na kolor niebieski i żółty, ale w innych doświadczeniach naukowcy wykorzystali inne kolory, co dało równie piękne rezultaty.
Fot. D. Wall/University of Wyoming
Fot. D. Wall/University of Wyoming
Źródło: Science Alert, fot. D. Wall/University of Wyoming
