A VILÁGÍTÓ ÉLŐLÉNYEK SEJTELMES VILÁGA

A tudományos-fantasztikus filmekben sok helyen találkozhatunk ötletesen megalkotott, esetenként világító élőlényekkel. Azonban nem kell egy képzeletbeli univerzumba utaznunk, hogy ilyenekkel találkozzunk. Igazából akár elég, ha kimegyünk este a kertbe és várjuk a szentjánosbogarakat (Lampyris noctiluca). A világító állatok evolúciós okoknál fogva mégis jellemzőbbek a tenger mélyére, melyet a csodálatosabbnál csodálatosabb fényképek is bizonyítanak.

 

Lampyris noctiluca
Lampyris noctiluca

A kurtafarkú tintahal (Euprymna scolopes) is egy olyan teremtmény, mely látszólag fényt bocsát ki. De csupán látszólag, mert valójában nem ő, hanem a vele szimbiózisban élő Vibrio Fischeri elnevezésű biolumineszcens baktérium felelős ezért a különleges tulajdonságáért.
De mi is az a biolumineszcencia? Legegyszerűbb úgy megérteni, ha kettébontjuk a szót. A lumineszcencia olyan fénytermelést jelent, melyhez a szükséges energia kémiai úton keletkezik. Hasonlatos a floureszcenciához, de itt ahelyett, hogy az elnyelt energia kerülne kibocsátásra fény formájában, az egész folyamat kémiai reakciókon alapszik. A bio- előtag arra utal, hogy élő szervezet végzi a fénykibocsátást, tehát az eleven rendszer önmagának termeli a később fény formájában távozó energiát.

A kurta farkú tintahal élelemmel látja el a fényszervében élő baktériumokat és így azok tudnak szaporodni, valamint anyagcseréjük során fotont termelni. Felmerülhet a kérdés, miért jó a tintahalnak, hogy világít? Nos, a túléléséhez kell, ugyanis éjszaka jár vadászni, azonban ilyenkor könnyen nagyobb ragadozók prédájává is válhatna. Hiszen miközben elúszik felettük a vízben, „kitakarja” a Holdat és így érzékelhetik a pontos helyzetét. A tintahal azonban nagyon cseles: a baktériumok által termelt fény segítségével kijátssza a lesben állókat azáltal, hogy a fényszerve helyettesíti a Holdat. Tehát mind a két félnek előnyös az együttélés.
Ám egy hátrány mégis felmerülhet a tintahal részéről, ha állandóan világít, az rengeteg energiát felemészt és a vadászat időtartamát leszámítva hátrányos is lehet. Pont ennek a kiküszöbölésére az evolúció során kifejlődött a kikapcsolás funkciója is az állatban.  Mindez a quorum sensing jelenségével együtt értelmezhető.
A quorum sensing nem más, mint a baktériumpopulációk egy tipikus együttműködési formája. Lényege, hogy léteznek olyan „közös javak”, amik csak egy lokális quorum azaz határozatképes létszám elérése után használhatóak ki, tehát akkor, ha például kellően nagyszámú, egymáshoz közeli baktériumegyed szinkronizált módon termeli azokat. Ennek segítségével szabályozzák a gének kifejeződését és ezzel a fénykibocsátás folyamatát a helyi populáció nagyságának függvényében.  Egyszerűen megfogalmazva, akkor és csak akkor világít a rendszer, ha elegendő baktérium van egy helyen.
Tehát a tintahal „lámpája” csak akkor kapcsol be, ha elegendő baktérium van a fényszervén.
Kikapcsolni ennek a visszafordításával tudja: el kell érnie, hogy kevesebb legyen a baktériumok mennyisége, mint a kritikus tömeg. Ezt egy rendkívül egyszerű módon teszi: szimplán köveken ledörzsöli a hasáról a bacik nagy részét és így ki is kapcsolódik a fényforrás. A megmaradt baktériumok újra szaporodnak, és majd csak akkor kezd ismét világítani, ha megint elegendően vannak. Természetesen a szaporodás sebességét a tintahal kismértékben a tápanyag mennyiségével is szabályozhatja.
Már ismerjük, min alapszik a két állat szimbiózisa, azonban még nem tudtuk meg, miként világít a Vibrio Fischeri. A folyamat kiindulási pontja, hogy különleges géneket tartalmaz, ezek az úgynevezett Lux gének. Az ezekről szintetizálódó fehérjék enzimként viselkednek azokban a reakciókban, melyek végén foton keletkezik. Két főág különíthető el, melyek termékei adják a végső lépést. Mivel a folyamathoz csupán a gének és a baktériumokban alapból is megtalálható alapanyagok kellenek, más nemzetségek tagjai is rábírhatóak a világításra, mint például az Escherichia coli faj.
Ahhoz, hogy ez tényleg megvalósuljon, vagyis világító E.coli baktériumok keletkezzenek a feladat az, hogy bejuttassuk a Lux géneket ezen élőlényekbe is. Ez a transzformálás folyamatával kivitelezhető. A teendőek laboratóriumi körülmények között egyszerűek és a hatásuk nagyszerű! Egy eppendorff csőbe össze kell rakni a kiválasztott baktérium törzset és a szükséges géneket plazmid formájában. (A plazmid nem más, mint kör alakú DNS, melyből rengeteg, különböző féle található a baktériumok citoplazmájában.) Az elegyet 30 percig jégen kell tartani, majd 90 másodpercig 42°C-on (hő sokk), aztán pedig 5 percig ismét jégen. Az eljárás során a plazmid az őt körülvevő közegből átjut a baktérium membránján és bekerül a sejt citoplazmájába a sokkhatás (gyors hőmérsékletváltozás) miatt.
A transzformálás önmagában még nem eredményezi, hogy a mintában lévő összes baktérium tartalmazza a kívánt plazmidot, hozzátartozik az inkubálás vagyis a baktériumok felszaporítása is. Ez valamilyen antibiotikumon alapul azáltal, hogy a használt táptalaj tartalmazza a kiválasztott anyagot, melytől természetes körülmények között az adott baktériumok elpusztulnának. Azonban a plazmid, melyet a transzformálással be akartunk juttatni, tartalmazza az adott antibiotikumra rezisztenciát adó fehérjék génjeit. Így azok a baktériumok, melyek felvették, ezen fehérjék termelése révén rezisztenssé válnak az antibiotikumra és képesek felnőni a táptalajon, míg azok, amelyek ezt nem tették meg, elpusztulnak.
A folyamat végén (az inkubálás minimum 16 óra) olyan E.coli baktériumok lesznek, melyek zöldeskék fénnyel világítanak a sötétben. További érdekesség, hogy az általános 37°C-os hőmérséklettől eltérően maximum 30°C-on lehet inkubálni, ha világító telepeket szeretnénk, mivel a fehérjék eredetileg tengeri körülményekre optimalizálódtak és magasabb hőmérsékleten denaturálódnak, vagyis nem tudják ellátni a feladatukat és így a reakció sem tud véghez menni.
Az alacsonyabb hőmérsékletből kifolyólag az inkubálás időtartama is hosszabb kell, hogy legyen.

Author: Bényei Éva Bernadett

Vélemény, hozzászólás?