Ook simpele organismen vertonen geavanceerde zintuiglijke reactie
Onderzoekers van het FOM-instituut AMOLF en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben voor het eerst laten zien dat bacteriën reageren op een relatieve verandering in de voedselhoeveelheid. Niet de absolute hoeveelheid doet er dus toe, maar hoe groot de verandering is ten opzichte van de oorspronkelijke hoeveelheid. Zij laten zien hoe zintuiglijke aanpassing in een biologisch systeem zorgt voor nauwkeurige bijstelling van gedrag in een veranderende omgeving - ook in de eenvoudigste organismen. De resultaten verschijnen op 1 augustus online in het wetenschappelijk tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Sensory adaption
Alle bekende biologische zintuiglijke systemen, inclusief de vijf menselijke zintuigen - zien, horen, ruiken, proeven en voelen - hebben één ding gemeen: als ze blootgesteld worden aan een duurzame verandering van de zintuiglijke input dan past het zintuig zich geleidelijk aan en merkt volgende veranderingen op, zonder deze steeds te vergelijken met de uitgangssituatie. Deze autonome bijstelling van waarnemingen staat bekend als zintuiglijke aanpassing (sensory adaptation) en is al lange tijd bekend. Dit onderzoek, uitgevoerd door de groep van dr. Tom Shimizu op AMOLF en de groep van prof.dr. Roman Stocker op MIT, laat zien hoe zintuiglijke aanpassing er voor zorgt dat zelfs de eenvoudigste organismen betrouwbaar reageren op veranderingen in hun omgeving. "Dit bacteriële systeem biedt een unieke mogelijkheid om biologische zintuiglijke processen te bestuderen", aldus Shimizu. "Door zijn eenvoud kunnen we de moleculaire mechanismen herkennen die verantwoordelijk zijn voor de ontvangst en verwerking van signalen en deze koppelen aan hoe het organisme zich gedraagt."
Waarnemen moleculaire interacties
Zoals een dier zijn reuk nodig heeft om voedsel te vinden, heeft een micro-organisme (een eencellig organisme met een lengte van twee tot vier micrometer) een chemisch waarnemingssyteem nodig om voedingsstoffen te lokaliseren. De groep van Shimizu maakte gebruik van een fysische methode, Förster resonance energy transfer (FRET). Dit is een optische meettechniek die moleculaire interacties die ten grondslag liggen aan de zintuiglijke reactie waarneemt. De groep van Stocker voerde experimenten uit met gebruikmaking van zogenoemde microfluïde apparaten. Dit zijn vloeistofkanalen van microscopische afmetingen die een nauwkeurige beheersing van de fysieke en chemische omgeving mogelijk maken. Hiermee kunnen ze veranderingen in de chemotaxis van de bacteriën beschrijven. Deze experimenten lieten zien dat de bacteriën reageren op relatieve veranderingen in het voedselaanbod. "Dit stelt bacteriën heel goed in staat om goed te kunnen reageren op veranderingen in het voedselaanbod onder de zeer wisselende omstandigheden waarin ze leven", zegt Stocker.
Dit onderzoek werd gefinancierd door NWO, de Stichting FOM, een Schoettler Fellowship, een Martin Fellowship for Sustainability, de National Institutes of Health en de National Science Foundation.
Referentie
Response rescaling in bacterial chemotaxis, Milena D. Lazova, Tanvir Ahmed, Domenico Bellomo, Roman Stocker, Thomas S. Shimizu
Contact
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Tom Shimizu, (020) 754 71 00
Roman Stocker, +1-617 253 37 26