Izbor ZIT

Poudarki

  • Planktonske bakterije ustvarijo (za zdaj) nevidne strukture
  • Potencial za raziskovanje učinkovitosti delovanja antibiotikov
Bakterije
Bakterije v matriksu. Posnetek je iz eksperimenta. Foto: Biotehniška fakulteta
Bacillus subtilis
V suspenziji ujete bakterije Bacillus subtilis v zunajcelični DNK (levo), zunajcelični polimeri fizično povezujejo posamezne celice v mrežo (desno). Foto: Biotehniška fakulteta
Bakterija
Bakterija meri dva mikrometra, kar je približno petina debeline človeškega lasu. Foto: David Stopar
Pri raziskavi so z biotehniške fakultete sodelovali: David Stopar, Simon Sretenović, Iztok Dogša, Rok Kostanjšek. Pa še: Igor Poberaj (fakulteta za matematiko in fiziko), Biljana Stojković (medicinska fakulteta).

Dodaj v

Slovenski raziskovalci odkrili mrežo, ki bi lahko povezala praživljenje

Odkritje na biotehniški fakulteti v Ljubljani
28. oktober 2017 ob 15:42,
zadnji poseg: 29. oktober 2017 ob 15:52
Ljubljana - MMC RTV SLO

Na ljubljanski biotehniški fakulteti so podrli 130 let staro paradigmo o planktonu in v isti sapi identificirali način, kako bi se lahko enocelično življenje prelevilo v večceličnega.

Pogosto in zmotno je prepričanje, da je termin plankton razvrstitev na drevesu življenja; tako kot so razvrščene opice, arheje in podlubniki. Pa ni. Beseda izhaja iz grščine in pomeni klatež, nanaša pa se na vsa živa bitja v morju, ki so prepuščena gibanju vode. Posledično je skupina nebogljenih nomadov zelo raznolika, obsega rastline in živali; vse od mikrometrskih virusov, bakterij do meduz, nezmožnih upiranja tokovom. Nasprotje planktona je nekton: ribe, mehkužci in podobno - kar plava.

Stoletno prepričanje je z znanstvenim člankom v reviji Nature Communications načela skupina raziskovalcev ljubljanske biotehnične fakultete na čelu z Davidom Stoparjem, v sodelovanju s fakulteto za matematiko in fiziko ter medicinsko fakulteto. Ugotovila je, da se drobne planktonske bakterije medsebojno povezujejo in niso zgolj prosto lebdeče. Še več, nevidna struktura, ki jih povezuje, bi lahko bila eden izmed načinov, kako so davno tega večcelična bitja sploh nastala. Kako se je življenje po milijardah let enostavnih bakterij in arhej prelevilo v vse tisto, kar danes krasi planet Zemlja.

"Termin plankton je bil 130 let kar trdno formiran, posamezne bakterijske celice pač ... prosto lebdijo. Nobenih povezav ni. Prenaša jih tok in gibljejo se neodvisno druga od druge. So osamljena, solitarna bitja, ki nimajo povezav," je za MMC pojasnil Stopar.

"Mi smo o tem malo podvomili."

Bakterijski tango
V laboratoriju za mikrobiologijo so naredili eksperiment, ki naj bi splošno sprejeto domnevo preveril. V suspenziji so gojili planktonske bakterije. Eno izmed njih so prijeli z optično pinceto in jo začeli premikati. Na precejšnje presenečenje ni lokacije spreminjalo samo zgrabljeno bitje, ampak sinhrono tudi sosednje bakterije.

Razdalje med mehansko sklopljenimi bakterijami so bile velike. "Da si lahko bolje predstavljamo: na naši prostorski skali je to primerljivo, kot če bi vas prijel, premaknil in bi se hkrati premaknil tudi nekdo, ki stoji 100 metrov stran," je ponazoril Stopar. Uporabljene bakterije več vrst (navedeno desno) so velike dva mikrometra, medtem ko so razdalje med sinhronimi sosedami presegle sto mikrometrov. Kako to pojasniti?

Nekaj je moralo biti med bakterijami, neka molekulska struktura, ki lahko mehansko prenaša silo na takšne razdalje. Ni pa bilo jasno, kaj, saj je pod svetlobnim mikroskopom niso uzrli.

Z nadaljnjimi poskusi so pokazali, da je nevidna mreža polimerne narave, torej iz velikih, ponavljajoče se sestavljenih molekul. Bakterije v svoji notranjosti lahko proizvajajo polimere in jih izločajo v okolico, kar sosede poveže. Takšna molekula bi lahko bila dolgoverižna zunajcelična nukleinska kislina (eDNK), ki so jo raziskovalci dokazali. Če bi bakterija izločila svoj nukleinski zapis in ga zunaj v celoti razvila, bi bil od nje kar 1.000-krat daljši. Poleg tega celice izdelujejo polisaharide, "osnovno lepilo v biološkem svetu", proteine ... Vse to so kandidati.

Povezave med celicami so značilne za biofilme, strukture, kjer se bakterije lokalno tako nagnetejo, da jih zunajcelični biopolimeri povežejo v trdno mrežo. V poskusih na biotehniški fakulteti so pokazali, da se bakterije mehansko povežejo že zelo zgodaj, mnogo prej, kot bi biofilm sploh lahko nastal.

Do zdaj je veljalo, da je mehanika bakterij, ki tvorijo biofilm, popolnoma različna od bakterij v planktonu.

Najdba je odprla več vprašanj, kot podala odgovorov. Mehanska povezava je dokaj krhka. Kakšna je potem lahko njena vrednost? Je to sploh evolucijska pridobitev ali le začasen, stranski proizvod, ki mikroživlju bolj škoduje kot koristi? Mogočih je več razlag.

Stopar: "Odstrli smo novo, širšo zgodbo ... potencialno novo poglavje v biologiji. Ne zgolj neki detajl, ki bi izkristaliziral sliko. Našli smo nekaj, o čemer se prej sploh ni razmišljalo, ker ni obstajalo v kolektivni zavesti raziskovalcev."

Daleč nazaj v čas
Življenje na Zemlji je bilo večino časa na tem planetu sila preprosto - enocelično. Vse od nastanka pred 3,8 milijarde (morda pa kar 4,3 milijarde) pa do pred približno 600 milijonov let (morda tudi več) je evolucija potrebovala za nastanek kompleksnejših večceličnih oblik, kot so živali. Vzroki in mehanizmi za ta gigantski evolucijski preskok so še vedno nejasni. Bakterije so prve razvile koncept večceličnosti, vendar so začetki tega procesa še vedno negotovi. Morda, pravi Stopar, so pod mikroskopom videli začetni mehanizem, ki so ga uporabljali praprapredniki večceličnih bitij. "V to smer razmišljamo," je izjavil.

"Poznano je, da so skozi evolucijo bakterije razvile skoraj vse mehanizme, ki so jih potem drugi kompleksnejši organizmi, ki so prišli na ta planet pozneje, sprejeli in optimizirali. V tem pogledu imamo vsi organizmi tega planeta istega prednika. Težava je pri razlagi razvoja koncepta večceličnosti. Poznano je, da se je bakterijska večceličnost večkrat neodvisno razvila. Kako, tega ne vemo - in tu noter pade naše odkritje," je dejal. "Zdi se, da imamo zdaj osnovne elemente, ki bi lahko razložili pojav mikrobnih tkiv."

"Pri višjih organizmih vemo, da tkiva lahko opravljajo funkcije, ki jih vsaka posamezna celica ne zmore. Tkiva so zato zelo pomembna organizacijska struktura kompleksnih organizmov. Poglejmo denimo človeka. Človek je narejen iz nekje 1013 celic ali celo več. Številka je astronomska. Če povezave med posameznimi celicami razdremo, kaj dobimo? Ustrezno število enoceličarjev. To seveda ni več človek. Celice se sestavljajo, ustvarjajo tkiva in organe, ki opravljajo določene funkcije. In to je bistvo celotne biološke organizacije - razen pri bakterijah. Ves čas je veljalo, da so striktno enoceličarji tisti, ki lahko preživijo samostojno, popolnoma ločeno od drugih. Odkritje postavlja to domnevo pod vprašaj," je nadaljeval.

Pri vsej stvari je zanimivo to, da se bakterije za odkritje ne zmenijo prav veliko. "Bakterijske celice so bile povezane tudi pred odkritjem, le mi tega nismo videli. Verjetno si s povezavami tudi pomagajo, vendar trenutno ni jasno, kako. Odkritje novih temeljnih naravoslovnih fenomenov je v 21. stoletju je razmeroma malo verjetno, saj je znanost izjemno napredovala. Zato bo še toliko zanimiveje izvedeti, kaj novo odkritje o povezanosti bakterij pomeni za njih same in kako bi to lahko izrabili v našo korist."

Delo z optično pinceto
Kako je skupina lahko zgrabila nekaj tako drobnega, kot je dvamikrometrska bakterija, ne da bi jo poškodovala? Pomagala je svetloba. Njeni fotoni, čeprav nimajo mase, omogočajo lovljenje drugih delcev. Če snope laserske svetlobe fokusiramo skozi objektiv mikroskopa, se lahko ustvari točka v prostoru, iz katere malo bitje ne more zbežati. Ker je mogoče laserski žarek usmerjeno premikati po prostoru, so raziskovalci lahko ujeto bakterijo premikali v želene smeri.

"Žarek peljemo skozi objektiv in ga fokusiramo na določeno ravnino v volumnu bakterijske suspenzije. Izberemo lahko, na kateri ravnini lovimo bakterije oziroma v vodi suspendirane delce mikrometrskih velikosti. Ko pride delec ali bakterija v bližino optične pasti, v fokus žarka, se ustvari močan gradient električnega polja, ki delec potegne v sredino optičnega snopa in ga tam drži. In če morebiti objekt uide - včasih se tudi to zgodi -, potem ga optična sila potegne nazaj v fokus. S premikanjem laserskega žarka v treh razsežnosti lahko dejansko peljemo objekt, kamor želimo," je ponazoril sogovornik.

Čemu sploh koristi matriks?
Stopar bo s svojo skupino raziskave nadaljeval. Treba bo ugotoviti točno sestavo medceličnega matriksa, predvsem to, kakšne so fiziološke koristi od povezav. Trenutno smo na stopnji, ko ne moremo trditi, ali so povezave sploh koristne ali ne. "Mogoče je, da gre zgolj za naključno fizikalno-kemijsko ravnovesje, kjer so celice v zunajcelični prostor odložile veliko polimernega materiala in se preprosto ujele v lastno mrežo, lahko pa se v ozadju skriva nekaj precej večjega in bistveno zanimivejšega."

Morda pri antibiotikih
Zanimivo bo tudi na področju raziskav učinkovitosti delovanja antibiotikov. Testiranje teh sredstev namreč pogosto poteka v redkih suspenzijah, kjer so gostote celic zelo nizke. Pri teh pogojih antibiotik dobro deluje. Slabše pa v primerih, ko se celice začnejo grupirati. V teh primerih opazimo eksponentno zniževanje učinkovitosti antibiotikov. Morda ima medcelični matriks, ki se začne formirati že zelo zgodaj, kaj pri tem? Odgovor bodo dali čas in dodatne znanstvene raziskave, je sklenil.

Video: Kratek izsek iz eksperimenta

Aljoša Masten
Prijavi napako
Komentarji
Love_tigBitties
# 28.10.2017 ob 15:53
Super! Kaj, ko bi v naši preljubi Sloveniji namenili kakšen €€ več za znanost? Ker več kot očitno imamo vrhunske raziskovalce na različnih področjih.
RibičIČ
# 28.10.2017 ob 15:48
Ramus bo to natančeje obrazložil :)
dharma
# 28.10.2017 ob 15:44
Čestitke.
Grommm
# 28.10.2017 ob 18:30
Bravo!
Te zadeve so koristne za cel planet, za vse ljudi.
In tako je treba gledati na znanost.
Znanstveni dosežki bi morali biti dostopni vsem.

Kaj bi pa bilo - recimo - če bi Angleži penicilin, Nemci pa aspirin imeli samo za sebe?
Eni ga res pihnete, da se potem človek ne čudi več VOLItvam, ki na tron posadijo budalo, katera vse kar zna na svetu početi, je objavljanje selfijev.
uporabnik_no_9
# 28.10.2017 ob 16:15
@Love_tmallSitties: žal naša država kleše sredstva predvsem na šolstvu, zgleda da imamo tam še veliko rezerv in da ne rabimo izobraženega kadra (ki bi delal in živel) v Sloveniji.
kop
# 28.10.2017 ob 20:38
Ramus in njegova "bukva z vseh vetrov" spet v elementu :))
Bivši uporabnik
# 28.10.2017 ob 20:02
Aljoša M. ti nam polepšaš dan
makoshark
# 28.10.2017 ob 16:13
Bakterije (nasploh prokarionti) ne tvorijo večceličnih organizmov. - vsaj ne v smislu, kot jih tvorijo evkarionti. Pri bakterijah, ko je govora o večceličnih organizmih, gre bolj za kolonije bakterij. No, bomo videli, če bo tole odkritje kaj spremenilo pogled.
mertaus
# 28.10.2017 ob 21:56
Rad bi opozoril, da raziskava ni potekala le na biotehnicni fakulteti temvec v sodelovanju med biotehnicno, medicinsko (institut za biotehnologijo), ter fakulteto za matematiko in fiziko (vse univerza v Ljubljani).

Mislim da bi bilo korektno to popraviti, ali ne Aljosa Masten?
Ceshoot
# 30.10.2017 ob 08:34
Ramus:
Naj povem, da na MMC kršijo osnovne človekove pravice do svobode izražanja, ko se briše sicer povsem korektno komentiranje člankov, ko nekdo pač opozori, da za take trditve preprosto ni dokazov in da posredno tudi sam avtor članka to tudi priznava.

Spoštovani Ramus, komentar je bil verjetno brisan zaradi tega pravila MMC-jevih forumov:
Na forumu ter v komentarjih novic in blogov se bom držal tematike novic, bloga ali foruma. Debate ne bom preusmerjal na drugo tematiko in sporočila, ki z izvirno temo niso vsebinsko povezani. Teme na forumu bom poimenoval smiselno in ne bom odpiral več tem z isto tematiko ali ponavljal praznih in identičnih sporočil (smetil).

Glede na to, da pod praktično vsakem članku, ki govori bodisi o dinozavrih, bodisi o fosilih ali evoluciji na vse pretege razglašaš, da za to preprosto ni dokazov, je zdaj že vsakemu jasno, kaj si misliš glede tega in čudi me, da tvoji komentarji niso brisani pogosteje. Komentar mora biti pač relevanten za debato, tvoji h kvaliteti debate ne pripomorejo popolnoma nič, ampak jo nasprotno zavirajo. Če misliš, da za te stvari ni dokazov, pojdi pač na kak drug forum, tu se razpravlja o znanosti in tehnologiji in za smiselnost razprave je potrebna določena mera predznanja.
mb128
# 29.10.2017 ob 06:53
Sicer zanimiv članek a imel bi eno rahlo ptipombo. Vse meduze niso klateži. Morska osa npr. je še kako sposobna upravljanja. Pravzaprav so tega sposobne vse meduze iz rodu box!
grapar
# 29.10.2017 ob 06:22
Čestitke znanstvenikom, dvomljivci pa verjemite da pisanje komentarjev tu spodaj ne zagotavlja bradač na belem oblaku.
Hopi
# 28.10.2017 ob 21:49
Oprostite.
Nekaj sem se igrajčkal z nastavitvami Googla. In sem mimogrede
spreminjal povečavo in s tem dolžino vrstic.
Tako mi je bilo videti izguba smisla povedanega.
Hvala.

Menim, da mi je bila podana dobra slika večceličnega "bitja" iz
enoceličarjev.

Slika me nekoliko spominja na "bitje" iz mnoštva ribic. Ki se gibljejo
v nekakšni "elipsoidni" obliki "bitja". Na kateremkoli kraju "elipsoida"
se ribica nahaja, se giblje v interesu gibanja "elipsoida". In ta
"elipsoid" se lahko celo zvija, spreminja 3D obliko, se razprši in se
zopet takoj povrne prvotnejšo 3D obliko.

"Elipsoid" mi že tukaj nastopa kot nekakšno prapra "telo". Saj že
zajema neke prapra funkcije zveznega živega "telesa". Tudi
nagon po samoohranitvi "telesa". In mi da marsikaj za misliti.

Kaj ni nekaj podobnega tudi pri morski kumari? Seveda še bolj
razvita celota iz posameznikov.

Čestitam skupini raziskovalcev ljubljanske biotehnične fakultete na
čelu z Davidom Stoparjem.
resistNWO
# 30.10.2017 ob 13:17
@Ceshoot

Amen!:)

Odličen članek, me veseli, da vsaj ta rubrika ostaja na nivoju.
krena
# 29.10.2017 ob 16:35
Bi bili tako dobri in bi Davida Stoparja naslovili z dr.
muteman
# 28.10.2017 ob 19:17
Pri avtor študije v tem podkastu malo bolj razumlljivo razloži za kaj sploh gre: https://metinalista.si/metamorfoza-59-povezovanje-bakterij-lene-mravlje-in-volanckasti-sapnik/
xes
# 28.10.2017 ob 18:30
Love_tigBitties: razmišljal malce o tem pred naslednjimi volitvami in preberi kak program stranke, sprašuj kandidate ipd ...
Hopi
# 28.10.2017 ob 20:39
Menim, da mi je bila podana dobra slika večceličnega "bitja" iz
enoceličarjev.

Slika me nekoliko spominja na "bitje" iz mnoštva ribic. Ki se gibljejo v
nekakšni "elipsoidni" obliki "bitja". Na kateremkoli kraju "elipsoida" se
ribica nahaja, se giblje v interesu gibanja "elipsoida". In ta "elipsoid" se
lahko celo zvija, spreminja 3D obliko, se razprši in se zopet takoj povrne
prvotnejšo 3D obliko.

"Elipsoid" mi že tukaj nastopa kot nekakšno prapra "telo". Saj že zajema
neke prapra funkcije zveznega živega "telesa". Tudi nagon po samoohranitvi
"telesa". In mi da marsikaj za misliti.

Kaj ni nekaj podobnega tudi pri morski kumari? Seveda še bolj razvita celota
iz posameznikov.

Čestitam skupini raziskovalcev ljubljanske biotehnične fakultete na čelu z
Davidom Stoparjem.
Hopi
# 29.10.2017 ob 20:59
Ramus: ob 17:54
MMC kršijo osnovne človekove pravice do svobode izražanja,
...ko nekdo pač opozori, da za take trditve preprosto ni dokazov
..."in v isti sapi identificirali način, kako bi se lahko enocelično
življenje prelevilo v večceličnega." kar sploh ni nikjer v članku
dokazano..prodajati najboljšemu ponudniku in zato tudi udarnost v
naslovih,... v vsebini pa pravzaprav nič razen hipotez, kaj da bi naj
bilo,...
----------------------
Ramus, sem tudi običajni davkoplačevalski komentator. Morda pa
le malo grešiš:

1. Tudi sam sebi skačeš v jezik. Saj nisi postavil nobene kontra
argumentirane "hipoteze"
2. Ter morda vsiljivo sugeriraš svoje trditve brez njih pojasnil.
3. Novinar se ni namenil razjasnjevati temelje raziskovanja.
Temveč na preprost način razjasniti kaj se je ZADOVOLJIVEGA
odkrilo in v čem je bil problem - NEZADOVOLJIVO dotedanjih
razlag - odkritij.

Jaz zgolj skušam prikazati svoje slike in pri tem še sprašujem,
meni, tudi še vedno nerazumljivo.

Je pa ja bolje nekaj ZADOVOLJIVO nad dotedanjim
NEZADOVOLJIVO.
Nihče ne sugerira, da je ZADOVOLJIVO absolutno res,
zapečateno za vse večne čase.

Je pa vsaj, v preproščini:
»Odkritje železnega kladiva nad kamenim kladivom. Kar nas
kasneje pripelje do odkritja električnega kladiva dalje do
atomskega...fuzijskega kladiva...?«

V tem je ideal takšnih odkritij, ki nas dovedejo do še večjih odkritij.
Tudi na drugih področjih znanosti.

Ne morejo pa nas nikamor pripeljati neke trditve, ki bi bile za večne
cajte zapečatene. Kot je podobno tvojim jezljivim trditvam brez
predpostavljenih argumentov.

Ps:
Sicer pa te je na širšo obrazložitev opozoril že:

muteman: 28.10.2017 ob 19:17
Avtor študije v tem podkastu malo bolj razumlljivo razloži za kaj
sploh gre: https://metinalista.si/metamorfoza-59-povezovanje-
bakterij-lene-mravlje-in-volanckasti-sapnik/

Poišči, pa je.

Lp
QUENDI
# 29.10.2017 ob 09:38
......nevidna struktura, ki jih povezuje, bi lahko bila eden izmed načinov, kako so davno tega večcelična bitja sploh nastala........v Vesolju se imenuje strune - temna snov.......v organizmu medcelični prostor.......v možganih npr glija..........ogrodje, ki nima le te funkcije - omogoča komunikacijo, imunost, nadzor.......
Resnica123
# 28.10.2017 ob 16:13
Dzabe raziskovalni razvoj, ce potem s tem cel svet sluzi samo mi ne.
fantasycamp
# 28.10.2017 ob 16:59
Jaz bi dal zakon ki prepoveduje da se ukvarjamo z razvojem ki se ga ne da monetizirati in uporabljati kot nekaj kar bi našim služilo za razvoj tukaj!

Tako pa drugim firmam v tujini sami izobražujemo kader z našim denarjem!

Na koncu še patentov ki bi jim morali imeti ne vzamemo!
Kazalo