Bakteriális terepruha

Pár héttel ezelőtt már vázoltam, hogy miért is fontos, hogy egy tintahal ne takarja ki a fényt úszás közben, elárulva ezáltal saját pozícióját, az alatta portyázó ragadozóknak.

Akkor a legevidensebbnek tűnő megoldást ismertettem: ha sikerül többé-kevésbé átlátszóvá válni, akkor kiszúrható árnyék sem jön létre.

Persze nem minden faj feltétlen híve az “üvegtest” programnak, így más megoldásokat is ismerünk. Az egyik, kommentek közt is előkerülő, a hawaii kurtafarkú tintahal (Euprymna scolopes) nevét égette bele a tudománytörténetbe.

A szóbanforgó tintahal egyáltalán nem átlátszó, viszont hasi oldalán egy specilizált “fény-szervet” hordoz, amivel biolumineszcens fényt állít elő.

Figyelemreméltó tulajdonsága ennek a szervnek, hogy képes a kibocsájtott fény intenzitását a tintahal hátára érkező fény intenzitásának függvényében változtatni.

Ugyan ez elengedetetlen feltételnek tűnik, ahhoz hogy a ragadozók megtévesztése sikeres legyen, a néhány perces (esetenként másodperces – lásd fenti ábrán a B panelt) eltéréssel megvalósított reakció önmagában is komoly kognitív feladatot jelent. Hát ha még hozzávesszük, hogy az említett biolumineszcens fényforrást nem a tintahal saját sejtjei, hanem egy szimbionta baktériumfaj, a Vibrio fischeri egyedei biztosítják.

Ha ugyanis ultrastrukturálisan megvizsgáljuk az említett “fény-szervet”, akkor láthatóvá válik, hogy az tele van egyazon Gram-negatív baktériumfaj egyedeivel.

Ezek száma, vagyis egyedsűrűsége azonban nem konstans, hanem ciklikusan változik a nap folyamán: éjjel, amikor fényt kell létrehozni sokan vannak, nappal azonban, amikor a tintahal leginkább elkerülné a kíváncsi tekinteteket és a homokba húzódik, kevesen.

Konkrétan a hajnal közeledtével egy speciális nyíláson keresztül a tintahal a tengerbe pumpálja a fény-szerv bakteriális közösségének közel 95%-át. A maradék ugyanis épp elég ahhoz, hogy a nap leforgása alatt elszaporodva újratöltse a lakóhelyéül szolgáló kamrát.

A kis tintahalak persze steril “fény-szervvel” születnek, de elemi érdekük, hogy azt minél hamarabb “befertőzzék” Vibrio-val. Mivel ugyanazokban a vizekben úszkálnak, mint szüleik – akik ugye napi rendszerességgel nyomják a vízbe a fölöslegessé vált baktériumokat -, ez nem nagy kunszt, de azért egy ki erőfeszítést igényel.

Egyrészt szükség van a fény-szerv különleges, kacs-alakú, csillós megnyúlásaira. Ezek lényegében primitív hálóként begyűjti a környezetben levő baktériumokat, amelyeket a csillók mozgása pórusokon keresztül a szerv-belsejébe juttat.

A burokból való kikelés utáni első 24 órában megtörténik a fény-szerv kolonizálása, ezután a fölöslegessé váló nyúlványok fokozatosan lerövidülnek, az ötödik napra pedig eltűnnek.

Ezzel párhuzamosan a szerv belsejében, pontosan nem ismert mechanizmussal a tintahal aktívan szelektálni kezd a bejutott baktériumok között. (Hiszen Vibrion kívül még számos más baktériumot tartalmaz a tengervíz, amelyek ugyanúgy bekerülhetnek a pórusokon keresztül.) A folyamat eredményeként a nem-Vibrio fajok fokozatosan eltűnnek.

A történet ezen a ponton kerek-egésznek tűnne, de még van egy egyáltalán nem-elhanyagolható pontja. Mégpedig a Vibrio fischeri biolumineszcenciáját biztosító bakteriális kommunikáció. Ugyanis ezek a baktériumok nem folyamatosan hozzák létre a biolumineszcenciát, hanem csak akkor, ha elérnek egy kritikus tömeget. (És itt külön értelemet nyer, hogy a tintahal hajnalban aktívan drámaian lecsökkenti a baktériumok számát.)

Ezt a fajta kommunikációt, amikor a közösség az egyedsűrűségét igyekszik felmérni, kvórum érzékelésnek (quorum-sensing) nevezzük. Több analóg verziója létezik a különböző bakteriális fajokban, de mindegyik ugyanazon logika alapján műküdik, mint a V. fischeri-é: a baktériumok egy, szekretlt szignál-molekulát, valamint a receptorját is termelik. Ha a receptorok telítettsége elér egy küszöbértéket (ami egyben azt jelenti, hogy a közegben rengeteg szignál-molekula van), beindul a target-gének, esetünkben a biolumineszcenciát biztosítók átírása. A V. fischeri esete annyiban különleges, hogy a szignál, melyet a LuxI fehérje hoz létre egy olyan molekula (konkrétan egy acilált homoserin lakton – AHL), ami képes segítség nélkül is átmenni a sejtmembránon, így nincs szükség sem szekréciós apparátusra a sejtből kijuttatásához, sem membrán-kötött receptorra az érzékeléséhez. (A receptor citoplazmatikus, és ha megköti az AHL-t akkor transzkripciós faktorként génaktivációt indukál.)

A kvórum-érzékelés fontosságát az utóbbi bő évtized tárta fel, koránt sem elszigetelt esetről van itt szó. Hogy nem menjünk távol, egy másik Vibrio faj, a V. cholerae is logikailag haonsló (bár elemeiben különböző) rendszert használ, hogy a kolera-fertőzés során a már letarolt szervezetből tovább álljon. Ha tehát megértjük a kvórum-érzékelő rendszerek működését, jó eséllyel számos patogénnel is nagyobb hatékonysággal tudjuk felvenni a küzdelmet.

(Elnézést azoktól, akik már betéve tudják Bonnie Bassler TED videóit, nekik nyilván unalmas let a poszt. 🙂)