Бактерия как трансформер

Начало: Бактерия как химический реактор

Я дочитал книгу А. Дин, С. Хиншелвуд, Рост, функции и регулирование в бактериальных клетках. Мне книга понравилась, она полностью оправдала мои ожидания. Именно так надо излагать биологию для химиков, все просто и понятно.

Центральной частью книги являются главы про эксперименты по адапатации бактерий к лекарственных препаратам и к новым источникам углерода и азота. Типичный эксперимент выглядит таким образом (см. график в предыдущей заметке). Берется инокулят (штамм бактерий) и помещается в питательную среду. Далее наблюдается рост колонии бактерий. При достижениии плато часть культуры используется в роли нового инокулята и процесс повторяется много раз.

При изучении адаптации бактерий добавляется определенная концентрация вещества, вредного для здоровья бактерий. Параметры кривой роста бактерий в результате такого вмешательства меняются — увеличивается продолжительность начальной стадии и плато достигается при существенно меньшем числе бактерий. При переносе инокулята и повторении процесса происходят необычные вещи: через некоторое число повторений начальная фаза сокращается, а число бактерий при достижении плато увеличивается. Дин и Хиншелвуд называют такой процесс тренировкой. Интересно отметить, что в некоторых случаях бактерии настолько привыкают к лекарствам, что уже не могут дальше без них размножаться. Вот, и бактерии оказываются могут сесть на иглу.

В другом случае бактерии помещаются в среду с малым содержанием питательных веществ, к которым привыкли бактерии, но при этом в среде находится значительное содержание другого вещества, которое также можно назвать питательным, но которое являются для бактерий новым. После определенной тренировки бактерии оказываются способными успешно потреблять новое вещество.

Дин и Хиншелвуд подчеркивают, что процес адаптации описывается количественным характеристиками. Они отвергают обсуждение адаптации бактерий в духе идет — не идет. Процесс адаптации меняется при изменении концентрации вещества. Бактериям, натренированных на одну концентрацию вещества, требуется опять определенное время для адаптации к другой концетрации того же самого вещества.

Отдельная глава книги посвящена обратимости адаптационных изменений. Бактерии, прошедшие тренировку к определенному веществу, можно вернуть обратно к жизни с исходным питательным веществом. Обратная адаптация требует опять же определенного времени, но в большинстве случаев оказывается вполне возможной.

Мне стало понятно, почему химика Хиншелвуда так привлекли бактерии. В такой постановке эксперименты с бактериями напоминают типичное исследование химической кинетики. Поменяли концентрацию — померяли кинетику. Далее построили график как кинетика основной реакции зависит от концентрации добавок и рассуждаем о возможном механизме происходящего.

При обсуждении результатов Дин и Хиншелвуд отмечают, что можно встретить все возможные случаи. Есть определенные границы адаптации и в ряде случаев тренировка просто не проходит. Есть случаи, когда в исходной среде бактерий есть мутанты и в этом случае работает естественный отбор. Однако в большинстве проведенных экспериментов использование гипотезы мутаций и последующего естественного отбора по мнению авторов книги не проходит. Соотвественно, в книге предлагается свое объяснение, которое можно назвать трансформацией системы химических реакций. Объяснение напоминает ламаркизм, поскольку при адаптации к новой среде в результате трансформации появляются новые поколения бактерий, которые размножаются далее уже приспособленными к введенному веществу. Дин и Хиншелвуд отмечают, что наследование приобретенных признаков не наблюдается у обычных биологических организмов. Тем не менее, они говорят, что нельзя автоматически перенести такое утверждение на бактерии. В конечном итоге, есть экспериментальные данные, которые требуют своего объяснения.

В главе Мутанты  и отбор Дин и Хиншелвуд описывают естественный отбор бактерий количественно. На этом пути они связывают естественный отбор со скоростью размножения и со скоростью смертности бактерий, что сразу же дает необходимые уравнения.  Еще раз подчеркивается, что есть эксперименты, где такие уравнения вполне применимы. Далее однако показывается, что в большинстве рассмотренных случаев такой подход не может количественно описать наблюдаемые данные. Авторы книги говорят, что для количественного описания потребовалось бы ввести крайне своеобразные вероятности мутаций, которые при этом должны бы быть связаны с изменением окружающей среды. Соотвественно, они приходят к выводу, что их гипотеза является более разумной.

Мне понравилось, что обсуждение в книге постоянно было связано с экспериментами. Только незначительная часть книги посвящена спекуляциям. В данном контексте  отмечу идеи, что размножение бактерий похоже на цепнуя реакцию и что свободные радикалы играют особую роль в клетке.

Теперь надо будет найти реакцию биологов на работы Хиншелвуда. В конечном итоге биологи не могли же проигноривать экспериментальные данные. Или все-таки могли?

Обсуждение

http://evgeniirudnyi.livejournal.com/116419.html


Comments are closed.