Luria-Delbrückov test nihanja: dokaz naključnih bakterijskih mutacij
Luria-Delbrückov test nihanja razkriva dokaz naključnih bakterijskih mutacij — zgodovinski eksperiment, ki je potrdil Darwinov princip tudi pri bakterijah.
Poskus Luria-Delbrück iz leta 1943, imenovan tudi "test nihanja", je postavil vprašanje: ali so mutacije neodvisne od naravne selekcije? Ali pa jih selekcija usmerja? Eksperiment je bil zasnovan tako, da je ločeno preizkusil dve hipotezi: ali spremembe, ki dajejo odpornost na virus ali snov, nastanejo kot neposreden odgovor na selekcijski pritisk, ali pa se pojavijo naključno pred izpostavitvijo selekciji.
Metoda in izidi
Max Delbrück in Salvador Luria sta dokazala, da v bakterijah mutacije DNK potekajo naključno. Njuna metoda je vključevala vzgojo velikega števila ločenih, malih bakterijskih kultur iz zelo majhnih začetnih inokul, nato pa izpostavitev vsake kulture selekcijskemu agentu (v originalnih eksperimentih bakteriofagu). Če bi bile mutacije inducirane z izpostavitvijo, bi pričakovali, da bo število odpornih kolonij na posameznih ploščah razmeroma enakomerno razporejeno (Poissonovo porazdelitev). Če pa se mutacije pojavijo naključno v času rasti, bo razlika med kulturami velika: včasih se mutacija zgodi zgodaj in da veliko potomcev (veliko odpornih kolonij), včasih pa pozno ali sploh ne (ni ali le nekaj kolonij). Luria in Delbrück sta opazila veliko variabilnost med kulturami («fluktuacijo»), kar je bilo v skladu z naključnim nastankom mutacij, ne pa z njihovim usmerjenim nastankom kot odziv na selekcijo.
Analiza in naslednji koraki
Rezultati so pokazali, da je varianca števila odpornih bakterij med kulturami precej presegala povprečje — znak, da mutacije nastajajo pred izpostavitvijo selekciji in se nato razmnožujejo. To je vodilo do razvoja statističnih modelov za oceno hitrosti mutacij (npr. Luria–Delbrückova porazdelitev in nadaljnji pristopi, kot je Lea–Coulsonova metoda). Eksperiment je tako postal osnova za kvantitativno merjenje frekvence mutacij v mikrobiologiji in molekularni genetiki.
Pomen za evolucijsko teorijo in biomedicino
Darwinova teorija o naravnem izboru, ki deluje na naključne mutacije, torej velja tako za bakterije kot za bolj zapletene organizme. Dokaz naključnosti mutacij je imel velike posledice: razločno je, da odpornost bakterij na antibiotike ali viruse ni nujno »prilagoditev« sprožena s strani agensa, temveč pogosto posledica že obstoječih ali naključno nastalih mutacij, na katere nato deluje selekcija. To razumevanje je ključno pri preučevanju razvoja odpornosti, pri oblikovanju strategij za preprečevanje in obvladovanje okužb ter pri razvoju eksperimentalnih pristopov v genetiki in molekularni biologiji.
Delbrück in Luria sta leta 1969 delno za to delo prejela Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino. Njun test nihanja ostaja temeljni eksperimentalni pristop in je navdihnil mnoge nadaljnje študije o mehanizmih mutagenze, evoluciji mikroorganizmov in merjenju mutacijskih hitrosti v različnih pogojih.
Dve možnosti, ki sta bili preizkušeni v poskusu Luria-Delbrück. (A) Če se mutacije inducirajo z mediji, se na vsaki ploščici pričakuje približno enako število mutantov. (B) Če mutacije nastanejo spontano med delitvijo celic pred nanosom, bo na vsaki ploščici zelo različno število mutantov.
Poskus
V svojem poskusu sta Luria in Delbrück gojila bakterije v epruvetah. Po določenem času rasti sta enako količino teh ločenih kultur prenesla na agar, ki je vseboval fage (viruse). Če odpornost proti virusu ne bi bila posledica naključnih mutacij genov, bi morala vsaka plošča vsebovati približno enako število odpornih kolonij. Vendar pa Delbrück in Luria nista ugotovila tega. Namesto tega se je število odpornih kolonij na vsaki ploščici močno razlikovalo.
Luria in Delbrück sta predlagala, da bi te rezultate lahko razložili s konstantno stopnjo naključnih mutacij v vsaki generaciji bakterij, ki rastejo v začetnih epruvetah.
Iskati