Tin tức Deeper

Vi khuẩn tiết lộ tính cá nhân mạnh mẽ khi điều hướng trong một mê cung

Ngày:
Th5 05, 2019
Tóm lược:

Các nhà nghiên cứu chứng minh rằng các tế bào giống hệt nhau về mặt di truyền thể hiện các phản ứng khác nhau trong khả năng vận động của chúng đối với các chất hấp dẫn hóa học. Giá trị trung bình ẩn bức tranh đầy đủ khi mô tả hành vi của vi khuẩn.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Thí nghiệm hành vi với vi khuẩn: một mê cung T với độ dốc hóa học trình bày các tế bào vi khuẩn với sự lựa chọn tiếp cận hoặc tránh chất hấp dẫn ở mỗi nhánh.
Tín dụng: ETH Zurich
Thí nghiệm hành vi với vi khuẩn: một mê cung T với độ dốc hóa học trình bày các tế bào vi khuẩn với sự lựa chọn tiếp cận hoặc tránh chất hấp dẫn ở mỗi nhánh.
Tín dụng: ETH Zurich

Mặc dù chúng được coi là đơn giản nhất trong tất cả các dạng sống, ngay cả các vi sinh vật cũng cảm nhận được môi trường của chúng và có thể chủ động di chuyển trong đó. Điều này cho phép họ xác định cả thực phẩm lẫn các chất có hại và di chuyển tới hoặc ra khỏi chúng, được hướng dẫn bởi gradient nồng độ của chất trong môi trường của chúng. Hành trình của nhiều vi khuẩn có thể được xem như một chuỗi các quyết định dựa trên độ dốc hóa học.

Khả năng của các tế bào nhắm mục tiêu hoặc tránh các chất cụ thể được gọi là chemotaxis. Cho đến nay, các nhà khoa học thường coi các đặc tính hóa học của vi khuẩn là đặc điểm chung của một loài hoặc quần thể như thể tất cả các tế bào hành xử ít nhiều giống nhau. Trong trường hợp này, các giá trị trung bình là đủ để mô tả hành vi di chuyển của chúng. Bây giờ, các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich đã quan sát hóa trị của vi khuẩn trong một thí nghiệm hành vi. Mehdi Salek và Francesco Carrara, tác giả chính của một nghiên cứu được công bố gần đây trên tạp chí Nature Communications cho biết : “Nếu bạn tìm kiếm công nghệ phù hợp, bạn sẽ tìm thấy sự khác biệt đáng kinh ngạc về hành vi ngay cả trong quần thể các tế bào giống hệt nhau về mặt di truyền” .

Vi khuẩn trong mê cung T

Cùng với các đồng nghiệp của họ trong nhóm nghiên cứu do Giáo sư Roman Stocker tại Viện Kỹ thuật Môi trường dẫn đầu, họ đã phát triển một hệ thống vi lỏng đặc biệt cho phép họ quan sát sự di chuyển của hàng ngàn vi khuẩn riêng lẻ trong một chất lỏng ở quy mô cực nhỏ. Hệ thống này bao gồm một loạt các kênh hẹp phân nhánh vào một tấm kính mỏng để tạo thành một loại mê cung siêu nhỏ mà vi khuẩn bơi qua.

Mê cung như vậy thường được sử dụng trong các nghiên cứu thực nghiệm về sở thích hành vi của các sinh vật khác, chẳng hạn như côn trùng hoặc giun (và cả rễ cây). Với hệ thống vi lỏng của họ, các nhà nghiên cứu ETH lần đầu tiên có thể áp dụng công cụ truyền thống này của các nhà sinh thái học ở quy mô hiển vi. Mê cung của họ giống như một cây gia đình, với một kênh bắt đầu phân nhánh hết lần này đến lần khác về phía dưới, nơi nồng độ của một chất hấp dẫn hóa học ở mức cao nhất.

Quyết định tại ngã ba đường

Tất cả các vi khuẩn bắt đầu ở cùng một nơi và phân chia rõ ràng trong hệ thống kênh khi chúng buộc phải quyết định tại mỗi ngã ba có nên bơi lên hoặc xuống độ dốc của chất hấp dẫn. Các vi khuẩn nợ khả năng hóa học của chúng đối với các thụ thể chuyên biệt cho phép chúng xác định chất hấp dẫn. Ngoài ra, chúng có khoảng nửa tá Flagella, có thể xoay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ. Dựa trên điều này, vi khuẩn thay đổi hướng hoặc tiếp tục bơi theo một hướng.

Ngay cả trong một nhóm các tế bào giống hệt nhau về mặt di truyền – nghĩa là nhân bản – các nhà nghiên cứu ETH đã tìm thấy những cá thể có khả năng theo dõi chất hấp dẫn (bằng cách điều hướng đến nồng độ cao hơn bất cứ khi nào chúng đến ngã ba) và những loài ít có khả năng hơn để thương lượng mê cung. Các nhà khoa học cho rằng những khác biệt về hành vi này là sự thay đổi trong hoạt động di truyền của các gen giống hệt nhau trong các tế bào chị em. Điều này có nghĩa là các tế bào có lượng protein tương ứng khác nhau. Có tiếng ồn sinh hóa trong mỗi tế bào. Là một thành phần ngẫu nhiên cơ bản, điều này gây ra sự đa dạng về ngoại hình và hành vi..

Dân số thành công của chủ nghĩa cá nhân

Sự đa dạng hoặc không đồng nhất của chemotaxis có thể mang lại lợi thế tiến hóa cho vi khuẩn, vì mặc dù những người có kỹ năng hóa trị có thể nhanh chóng xác định và khai thác các nguồn thực phẩm ổn định tại địa phương, các tế bào chị em của chúng ít bị ảnh hưởng bởi chất hấp dẫn có khả năng xâm nhập vào lãnh thổ mới, nơi họ có thể gặp phải các nguồn thực phẩm bổ sung trong một môi trường thay đổi liên tục.

Đa dạng phi di truyền đã được biết đến từ lâu trong khoa học đời sống y sinh, ví dụ, nó được cho là có vai trò trong kháng kháng sinh. Bây giờ, các nhà khoa học môi trường đã chỉ ra rằng sự đa dạng này cũng ảnh hưởng đến các hành vi cơ bản của vi khuẩn như đầu máy và hóa trị – tiếp tục mở rộng khái niệm về tính cá nhân của vi khuẩn.


Nguồn tin tức:

Tài liệu được cung cấp bởi ETH Zurich . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. M. Mehdi Salek, Francesco Carrara, Vicente Fernandez, Jeffrey S. Guasto, Roman Stocker. Chemotaxis vi khuẩn trong một mê cung vi lỏng cho thấy sự không đồng nhất về kiểu hình trong độ nhạy hóa học . Truyền thông tự nhiên, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038 / s41467-019-09521-2

Bài viết liên quan

Bài viết khác