Bølgende gener

Som ringer på en dam bølger bakteriene ut i petriskålen. Og bølgene styres av arvestoff.

Publisert
Bildet viser hvite ringer i en bakteriekoloni som har blitt modifisert med en genetisk svingekrets, delvis hentet fra en annen bakterie. (Foto: Jian-Dong Huang, Terence Hwa et al.)
Bildet viser hvite ringer i en bakteriekoloni som har blitt modifisert med en genetisk svingekrets, delvis hentet fra en annen bakterie. (Foto: Jian-Dong Huang, Terence Hwa et al.)

Når vi ser regelmessige mønstre i naturen, er det lett å tenke seg at de er skapt av en ytre, regulerende kraft.

Men ofte er slike mønstre resultatet av indre prosesser. Nå har forskere fra USA, Kina og Tyskland laget en genetisk svingekrets som får e-coli-bakterier til å vokse i bølgeringer i en petriskål.

Selvorganisering

Forskerne mener at slike studier også kan overføres fra kolonier av encellede bakterier til flercellede organismer.

Det betyr i siste instans at stripene på zebraen og andre enda mer intrikate livsmønstre kan forklares ut fra materiens evne til selvorganisering.

Svingende bølger

Det samme selvorganiserende prinsippet går også igjen i den døde naturen. Når vi kaster en stein i en dam, vet ikke vannet at det skal lage regelmessige ringer. Vannet følger ingen bevisst plan.

Ringene kommer av vannets iboende fysiske egenskaper. Steinen presser vannet opp og ut i alle retninger.

Denne trykkbølgen forplanter seg videre utover i vannmassene. Bak trykkbølgen oppstår et sug og en bølgedal, som igjen drar opp en ny bølgering.

Tett betød stopp

I petriskålen har forskerne konstruert et lignende svingende system med genmanipulerte e-colibakterier.

Det sstarter med at bakteriene vokser utover, og kommer tett inntil hverandre. Dermed slutter de å bevege seg. Det betyr at de danner en fortettet, hvit ring i petriskålen.

Kjemisk kommunikasjon

Det som får bakteriene til å stoppe opp, er et gen som gjør dem oppmerksomme på hverandre. Ikke bevisst, men kjemisk.

E-colibakteriene har fått evnen til celle-til-celle-kommunikasjon fra søsterbakterien Vibrio fischeri. Slik kommunikasjon kalles også quorum sensing.

Når bakteriene kommer nær hverandre, skiller de ut et stoff som fører til at de blir liggende stille, og dermed hoper seg opp.

Men dette alene ville bare blitt en større og større klump, ikke svingende ringbølger.

Video av bakterieveksten, med timeangivelse øverst til venstre. (Video: Jian-Dong Huang, Terence Hwa et al.)

Stopp-gå-stopp-gå …

Hemmeligheten ligger i det som skjer foran fortetningen. Når noen bakterier stopper opp, blir det bedre plass foran fronten av ringen.

Dermed blir det mindre av det bevegelseshemmende stoffet her, og noen bakterier svømmer fort rundt i alle retninger, helt til de skumper inni hverandre.

Dermed skiller de ut stoffet som får dem til å stoppe opp, og danne en ny, stillestående ringfront. Og slik forplanter svingningene seg utover i petriskålen.

Modell som ikke forstår seg selv

Forskerne formulerte også svingekretsen som en matematisk modell. Men det interessante er at svingekretsen selv ikke har fnugg av greie på matte. Den bare svinger.

Men mennesker kan bruke modellene til å forstå flere aspekter av hvordan livet lever ut seg selv.

Ny livsforståelse

I artikkelen i Science, der resultatene er publisert, skriver forskerne at bølgene av bakterier i petriskålen bare er ett eksempel på et mer generelt system, der en regulator styres av en annen.

- Lærdommen fra denne studien kan stimulere nye innsikter og inspirere nye retninger i studiet av systemer som utvikler seg, skriver forskerne.

Referanse:

Chenli Liu et.al: Sequential Establishment of Stripe Patterns in an Expanding Cell Population, Science, 2011; 334 (6053): 238 DOI: 10.1126/science.1209042