Stichting FOM
1 augustus 2011, 2011/31
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).
Figuur 1. Artist impression
vergroten Figuur 1. Artist impression
Artist impression van Escherichia coli bacteriën, in een
driedimensionale en een tweedimensionale projectie, die hetzelfde
reageren op een relatieve verandering in de voedselhoeveelheid, hier
aangegeven als een gekleurd landschap. Niet de absolute hoeveelheid
doet er dus toe, maar hoe groot de verandering is ten opzichte van de
oorspronkelijke hoeveelheid.
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