RAPORT

DEBATA W PARLAMENCIE EUROPEJSKIM PO WYROKU TK

Robak boi się, ostrzega i pamięta

Mały nicień skrywa wiele niepoznanych jeszcze mocy  (fot. Shutterstock/D.Kucharski K.Kucharska)
Mały nicień skrywa wiele niepoznanych jeszcze mocy (fot. Shutterstock/D.Kucharski K.Kucharska)

Pamięć i komunikacja nierozerwalnie kojarzą nam się z mózgiem. Można jednak mózgu nie mieć ani krztyny, a jednak wyczuwać niebezpieczeństwo, ostrzegać przed nim innych i pamiętać, o co chodziło, aby następnym razem poradzić sobie jeszcze lepiej. Co więcej, można przekazać tę pamięć naiwnym pobratymcom. Wystarczy być nicieniem.

Kiedy pasożyty stają się bronią

„Każdy ma jakiegoś szczura, którego się boi” brzmiało najpoważniejsze dla mnie zdanie z „Roku 1984” Orwella. Dla bakterii takim szczurem są fagi,...

zobacz więcej

Z biologii w szkole mieliśmy okazję zapamiętać (o ile zapisało się nam to w pamięci długotrwałej, a nie krótkotrwałej), że pierwszym wielokomórkowym zwierzęciem, które „ma przód i ma tył”, czyli jakiś odcinek „głowowy” i „ogonowy”, jest robak. Robaki bywają płaskie (tasiemce, przywry) oraz obłe (nicienie, np. owsiki i glisty, oraz zupełnie dla nas niegroźny, ale za to modelowy w biologii, gwiazdor wielu odkryć i zdobywca licznych nagród Nobla Caenorhabditis elegans).

Dziś wyniki swych prac nad funkcjonowaniem Caenorhabditis elegans opublikowali na łamach prestiżowego czasopisma naukowego „Cell” uczeni z Princeton University pod kierunkiem genetyk Coleen Murphy. Jak wyglądają takie badania modelowego robaka? Otóż jest on maleńki (ma 2-3 mm długości), przejrzysty i normalnie mieszka w glebie, żywiąc się tzw. detrytusem, czyli resztkami zbutwiałymi etc. W laboratorium rośnie sobie na wylanych agarem płytkach, na których uczeni posiewają bakterie. Na ogół trzyma się C. elegans na diecie złożonej z bakterii pałeczki okrężnicy (Escherichia coli), ale oczywiście można mu dać do jedzenia dowolną bakterię. To pozwala zresztą badać w tym modelu chorobotwórczość bakterii. Podobnie bowiem jak my, tak i nicień może od pożywienia mieć zatrucie pokarmowe czy zakażenie i zakończyć żywot, albo też tracić na wadze, przestać się rozmnażać etc.

Gdy dajemy mu do jedzenia pałeczkę ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa), to on od tego gwarantowanie choruje, a nawet zdycha. Jest to zatem, tak w ocenie uczonych, jak i – co się okazało samego nicienia – szalone zagrożenie, którego należy unikać, zapamiętać je i ostrzegać o nim innych dokoła. Czyli na ogół, zwłaszcza w warunkach laboratoryjnych, najbliższych krewnych. Oczywiście zdolność do wyczuwania niebezpieczeństwa i dbania o najbliższych krewnych poprzez ostrzeganie ich o niebezpieczeństwie mają i rośliny. Jednak uczonym z Princetown udało się ustalić – jak na razie unikalny – mechanizm owej komunikacji pamięci o niebezpieczeństwie między bezmózgimi robakami.

O ludziach, niedźwiedziach i rybach

Indianie i grizzly przez tysiąclecia „w jednym stali domu”. Nagle niedźwiedzie zaczęły z tego domu uciekać. Uczeni kanadyjscy zapytali dlaczego....

zobacz więcej

Przy czym owe bezmózgie robaki miały w sobie wiele wydawałoby się „unikalnych” mechanizmów, dopóki nie okazało się, na drodze analizy ludzkiego genomu, że ewolucja przechowała je mniej lub bardziej wiernie „aż do naszych czasów”, czyli również my mamy je w sobie i korzystamy z nich na co dzień. Dlatego zresztą badania nad nicieniem C. elegans nie są żadna sztuką dla sztuki. Pozwoliły np. rozszyfrować od strony genetycznej nasz ludzki wczesny rozwój zarodkowy, działanie wrodzonego układu odporności oraz naszą własną walkę o długowieczność przeciw starzeniu się.

Najważniejsze zaś wyniki pracy wspomnianych wyżej genetyków z Princeton wynikają z wcześniejszych ich badań. Udało im się bowiem już jakiś czas temu ustalić, że robaki-matki (jak działają płcie i rozmnażanie u tego nicienia to temat na osobną opowieść) chore ze względu na P. aeruginosa uczą się unikać tej bakterii i potrafią przekazać te zachowania „uniku” swojemu potomstwu na następne cztery pokolenia.

Matka-robak, która zjadła P. aeruginosa, wchłania przez jelita produkowaną przez bakterię małą cząsteczkę RNA o nazwie P11, która jest następnie przekazywany do neuronu kontrolującego zachowanie. Ta cząsteczka RNA wysyła też sygnał w komórkach macierzystych linii zarodkowej robaka. To są komórki, z których robak tworzy komórki rozrodcze (jaja), zatem sygnał z maleńkiego RNA bakterii jest przekazywany następnym pokoleniom. Dziś laboratorium Coleen Murphy udowadnia, że zachowanie unikania może być również przenoszone przez „wytresowane” chorobotwórczą bakterią osobniki na inne, dorosłe robaki naiwne (czyli takie, które nie zetknęły się jeszcze z P. aeruginosa). A zatem horyzontalnie, a nie tylko potomstwu. Tak zaś nauczeni unikania zagrożenia, znów zdolni są przekazywać tę nabytą horyzontalnie wiedzę swojemu potomstwu.

W laboratorium daje się to uzyskać na dwa sposoby. Zmiksowawszy zdolnego do uniku robaka i podając ową „zupę” (która nie zawiera bakterii P. aeruginosa) pozostałym lub „przesiewając” naiwne robaki na podłoże hodowlane wcześniej zamieszkałe przez te, które miały odmatczyną pamięć o tym, jak wielkim zagrożeniem jest chorobotwórcza często również dla ludzi bakteria. Oznacza to, że czynnik, który przenosi pamięć o niebezpieczeństwie pomiędzy niespokrewnionymi nicieniami, ma naturę chemiczną i jest rozpuszczalny. Nie dało się też wykluczyć zakaźności takiego elementu.

Szczepionka na COVID jest bezpieczna. I co z tego?

Najnowsze, gigantyczne badania wykonane w Izraelu wskazują, że szczepionka RNA przeciw COVID-19 jest nie tylko, co wiemy od dawna, skuteczna...

zobacz więcej

Idealnym kandydatem na taki chemiczny związek zakaźny okazał się tzw. retrotranspozon Cer1. Co to takiego? Tak jak są retrowirusy (np. HIV wywołujący AIDS), tak i są ich „ułomki” czy „szkielety”, zwane retrotranspozonami. To nagi kwas nukleinowy, w swoim „życiu” wykorzystujący część modus operandi retrowirusa, czyli przepisujący się z RNA na DNA i wskakujący do genomu komórkom. Zakazić i wywołać jakiejś choroby to on raczej nie umie, chyba że „wbije” w jakiś region DNA, gdzie uszkodzenie może prowadzić np. do nowotworu. Umie jednak skakać po genomie, a nawet czasem ulega powieleniu i może wskoczyć do innego genomu, który spotka na swojej drodze. W naszym genomie takie retrotranspozony i ich pozostałości stanowią z 8 proc. wszystkich sekwencji.

Transpozony – jak zresztą wszelkie inne geny – da się dosłownie wyłączać za pomocą specjalnych cząsteczek RNA zwanego interferencyjnym, czyli przeszkadzającym. Nie wnikając głęboko w mechanizm owej interferencji, polega on na uniemożliwieniu rozpoczęcia przepisywania genu zapisanego w DNA na język RNA, bo jakaś komplementarna cząsteczka RNA już się do tego genu przykleiła. I dosłownie go blokuje niczym wykidajło.

Naukowcy z Princeton odkryli, że ów retrotranspozon Cer1 jest obecny w DNA komórek linii zarodkowej robaków i że nicienie-matki, u których retrotranspozon został stłumiony przez interferencję RNA, nie mogły nauczyć się unikania P. aeruginosa poprzez ekspozycję na P11. Nie były też oczywiście zdolne przekazywać potomstwu zachowanie unikania lub „edukować” niespokrewnione robaki. Ponadto dorosłe robaki potrzebowały Cer1 w swoim genomie, aby nauczyć się unikać patogenu. Autorzy odkryli, że dwa szczepy dzikich robaków (czyli takich z gleby, a nie z laboratorium), którym naturalnie brakuje Cer1, nie są w stanie robić tych wszystkich „mądrych” rzeczy. To sugeruje, że w tych szczepach nicienia Cer1 jest potrzebny do ustanowienia, transmisji potomstwu i innym naiwnym nicieniom zachowania unikania groźnej bakterii.

W opowieści tej zatem mamy: nicienia, który musi się salwować ucieczką, ale żeby umiał to zrobić, musi mieć (lub dostać w genetycznym prezencie) pewien retrotranspozon, oraz bakterię, która mu zagraża, ale która wysyła sygnał zdolny pobudzić ów retrotranspozon do działania gwarantującego ncieniowi zdolność ucieczki od zagrożenia. Wszystko, choć wydaje się jakieś takie banalnie proste w konstrukcji, to autentyczna chemiczna pamięć i jej przekazywanie tak potomstwu (dziedziczenie), jak i „kulturowo”, czyli horyzontalnie. Tak jak my przekazujemy dzieciom umiejętność czytania, choć oczywiście jej podstawą jest wdrukowana w korę mózgową zdolność do rozpoznawania twarzy innych ludzi. To to samo miejsce w mózgu uczy się liter.

W małym nicieniu, o którym już nie raz tu pisałam, kryje się wiele niepoznanych jeszcze mocy. A pamięć i komunikacja nie wymagają mózgu.

Pobierz aplikację mobilną i oglądaj TVP INFO na żywo

Twoje INFO - kontakt z TVP INFO

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:
Zobacz więcej