Egy hiú baktérium, avagy miért fontos számunkra, hogy milyen egy baci alakja, mérete, színe

Anno 2013. szeptemberében én és a feleségem is ígéretet tettünk a Kutatók Éjszakája érdeklődőinek, hogy megosztjuk azokat a látványos és remélhetőleg érdekes dolgokat, amivel foglalkozunk. Így eljött az ideje, hogy többet megtudjatok egy érdekes baciról, a Streptomyces coelicolor-ról, melyről Szalókiné Dr. Kovács Krisztina oszt meg veletek egy-két érdekességet.

---

Egyetemi tanulmányaim során bekapcsolódtam egy kutatásba, mely a Streptomyces coelicolor nevű baktérium jobb megismerését célozza. Ezen sorok végigolvasása után garantáltan senki nem fog tudni ugyanúgy ránézni egy gyöngysorra, vagy kimenni eső után a szabadba, esetleg gyógyszert bevenni.

A Streptomyces coelicolor, és a vele egy törzsbe tartozó baktériumok a talajban élnek, és többségében a nehezen lebomló szerves anyagok eltávolításában játszanak szerepet, nem veszélyesek az emberre. Kivételek természetesen akadnak, találunk burgonyabetegséget („varasodást”) okozó, vagy mycetoma nevű humán bőrbetegségért felelős fajokat is. Régen azt hitték erről a baktériumról, hogy gomba, mivel hifákat képeznek, és spórákkal szaporodnak. Később kiderült, hogy ez csak az ún. konvergens evolúció, vagyis a hasonló körülményekhez való alkalmazkodás eredménye.

A Streptomyces-ek számos vegyületet termelnek: illékony szerves vegyületeket, gyógyászatban, agráriumban, élelmiszeriparban használt anyagokat. Génsebészeti úton pedig egyre többféle vegyület termeltethető vele, illetve távlati célként szerepelhet az olajkatasztrófák szennyeződéseinek eltakaríttatása.
A Vezúv által betemetett római városokban az emberek csontjaiból tetraciklin vegyületeket (egyfajta antibiotikum) izoláltak. Az otthagyott aszalt gyümölcsökben pedig megtalálták a Streptomyces-eket. Így a rómaiak, tudtukon kívül védekeztek a bakteriális fertőzések ellen.

A Streptomyces coelicolor egy sokat tanulmányozott modell-élőlény. 7825 gént tartalmaz, ami más baktériumok génkészletének a duplája (emberben kb. 20-25.000 gént találunk). Ez a baktérium termeli a geozmint is, amely vegyületet eső után érezzük, illetve okozza a halak „pocsolyaízét”, bizonyos angolnafajoknak pedig iránytűként szolgál a vándorláshoz.

1. ábra A Streptomyces-ek életciklusa

Az életciklust tekintve (1. ábra) először a spórák szétterjednek a környezetben, és ha a körülmények megfelelőek, a talajban megduzzadnak, csíratömlőt hoznak létre, melyből vegetatív hifa képződik. A sejtosztódásokat nem követi a harántfalak záródása, így elágazó vegetatív micéliumot képez. Bizonyos jelekre, pl. tápanyagcsökkenésre a baktérium belép a reproduktív, szaporodási szakaszba, és légmicéliumokat képez. Ebben a szakaszban záródik a harántfal, megvastagszik a sejtfal, és egyszeres genetikai állományt tartalmazó spórák jönnek létre. Nagy mennyiségű trehalózt tartalmaznak, mely vegyület védi őket a kiszáradástól. Így tudnak gyakorlatilag mindenütt szétszóródni, és a folyamat kezdődik elölről.

2. ábra A CabB fehérje szerkezete, a piros elemek a kalciumionokat jelzik

Vizsgálatainkhoz két törzset használtunk, a vadat és egy mutáns törzset, mely a CabB nevű fehérje génjében tartalmaz eltérést (2. ábra), így a fehérje - ami egyébként kalciumot köt, és a fejlettebb élőlények kalmodulin-kötő fehérjéihez hasonlít, csak feleakkora - nem jön létre. Célunk az volt, hogy a kérdéses fehérje funkcióját megismerjük, fényt derítsünk arra, hogy milyen szerepet játszik a Streptomyces coelicolor „életében”. Ezáltal is hozzájáruljunk ahhoz, hogy erről a baktériumról minél többet megtudjunk.

3. ábra Fedőlemezek alá oltott spórák, a leoltás után és néhány nap elteltével

Többféle megközelítést alkalmaztunk, amiből elsőként a mikroszkópos technikákat szeretném bemutatni. Ezek segítségével a spórázó láncok kinézetét, szerkezetét, nagyságát és számát hasonlítottuk össze. Fáziskontraszt-mikroszkópot, atomerő mikroszkópot, konfokális lézer pásztázó mikroszkópot és pásztázó elektronmikroszkópot használtunk.
A minták elkészítéséhez többféle táptalajt, tenyésztési hőmérsékletet és időt használunk, ezáltal is elmélyítve és árnyalva a különbségeket a két törzs között. A táptalajokba fedőlemezeket helyeztünk kb. 45 fokos szögben beszúrva, és azok alá oltottuk a spóraszuszpenziót (3. ábra).

4. ábra A fedőlemezekre nőtt minták eloszlása, pirossal jelöltem az általunk vizsgált területeket

Így a kész lemezeken láthatunk egy vonalat, amely alatt helyezkednek el a vegetatív-, felette a légmicéliumok, amiket keresünk (4. ábra).

5. ábra  Fáziskontraszt mikroszkópos képek: fent a vad, lent a mutáns baktériumok

A fáziskontraszt mikroszkópia lényegében megegyezik a fénymikroszkópiával, csak egy optikai módszerrel megnöveljük a minták kontrasztját, így festés nélkül is jól vizsgálhatjuk a baktériumok formáját. Az 5. ábra felső képén, melyen a vad baktériumokat látjuk, jól láthatóan több a befűződés, mint az alsó képen, melyen a mutáns bacik láthatók. Mivel a két baktériumtörzs azonos körülmények között volt tartva, azt mondhatjuk, hogy a mutáns spóraképzése lassabb, mint a vad típusé. 

6. ábra  Konfokális lézer pásztázó mikroszkópos képek: fent a vad, lent a mutáns baktériumok

Konfokális lézer pásztázó mikroszkópos vizsgálat során egy olyan festékkel tettük láthatóvá a baktériumokban, illetve a spórákban lévő DNS-t, mely a mikroszkópban vörösen világít, így kirajzolja a baktériumfonalakat és a spórákat. A látvány itt is hasonló, mint a fáziskontraszt mikroszkóppal látottak esetében, a vad törzsnél (6. ábra, felső kép) számos spórázó láncot, míg a mutáns esetében (6. ábra, alsó kép) jelentősen kevesebbet láthatunk. Különböző morfológiai eltéréseket is találhatunk, előfordul olyan spóra, mely nem tartalmaz DNS-t, vagy megfigyelhetők a spórák nagyságbeli eltérései, akár egy láncon belül is. Mérésekkel azt tapasztalhatjuk, hogy a mutáns törzs spóráinak mérete kisebb a vadéinál.

7. ábra Atomerő-mikroszkópos képek: fent a vad, lent a mutáns baktériumok egy-egy lánca

Atomerő mikroszkóppal képesek vagyunk a baktérium felszínét nagyon nagy feloldással végigpásztázni. Ilyenkor csak egy-egy baktériumfonalat vagy spóraláncot vizsgálhatunk. Jól látható, hogy a vad baktériumfonalakon teljesen lefűződtek a spórák (7. ábra felső kép), míg a mutánsokon alig látszanak befűződések (7. ábra alsó kép). 

8. ábra Pásztázó elektronmikroszkópos képek: fent a vad, lent a mutáns baktériumok láncai

Az elektronmikroszkóppal igen nagy nagyítást tudunk elérni, és így vizsgálni a baktériumfonalak kinézetét, kapcsolódásukat. Az eredmény a fentiekkel megegyező. 

9. ábra Antibiotikum-termelés összehasonlítása: egymás mellett a két baktériumtörzsből származó mintákat találjuk

Másodikként az Actinorrhodin nevű antibiotikum termelését vizsgáltuk, és hasonlítottuk össze (9. ábra). Már a folyékony táptalajok színe jelentősen különbözik, ezt mérésekkel is igazolhatjuk, és összevethetjük az előzőekben ismertetett módszerekkel.

Ezen vizsgálatokkal megfigyelhettük, hogyan viselkedik a két törzs más-más körülmények között tenyésztve, és különböző stresszhelyzeteknek kitéve. Kiderült, hogy a CabB fehérje valószínűleg szerepet játszik a baktérium differenciálódásában, légmicélium és spóra morfológiájának kialakításában, a DNS állomány spórákra elosztásában, és a stresszhelyzetekre való alkalmazkodásban és ekkor történő antibiotikum-termelésben, viszont kedvező körülmények között nem befolyásolja az Actinorrhodin-termelést.

Ezen kívül vizsgáltuk és vizsgáljuk jelenleg is, hogy mi történik, ha kivonjuk a gént és visszahelyezzük a mutánsba. Helyreáll vajon a funkció? Mi van akkor, ha túltermeltetjük a fehérjét? Milyen további fehérjék kapcsolódnak a CabB-hez? Sejtosztódáskor hol találjuk meg a fehérjét? És ha más gént ütünk ki ugyanebből a kalciumkötő-fehérje családból? Ezek a kérdések még válaszokra várnak…

A kísérletek megtervezésében és elvégzésében segítségemre voltak: Dr. Penyige András, Dr. Jenei Attila, Kompár Csilla, Bagosi Adrienn, Dr. Daróczi Lajos, Kormos József, Szalóki Gábor
Segítségüket hálásan köszönöm.

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

Mennyire is él a Tisza-tó: Tisza-tavi Ökocentrum II.

A Mennyire is él a Tisza-tó: Tisza-tavi Ökocentrum I. bejegyzésemben megismerkedhettetek azokkal a növényekkel, melyekkel nyár végén találkozhatunk a Tisza-tavon. Most ideje, hogy megosszam veletek azokat a felvételeket, melyeket a Tisza-tó állatvilágáról készítettem. Természetesen csak a teljesség igénye nélkül szemezgetek, hiszen az a néhány nap, amit a tónál töltöttem, igencsak kevés, hogy felkutassuk azt a számtalan csodálatos fajt, mely a Tisza-tó és környékén fellelhető.

---

A Tisza-tó madarai

Dankasirályok (Larus ridibundus) és egy küszvágó csér (Sterna hirundo) pihennek egy kiálló ágon

Felszálló sárgalábú sirály (Larus michahellis)

Ágon pihenő kárókatona (Phalacrocorax carbo)

Kárókatona portré (Phalacrocorax carbo)

Pihenő fehér gólyák (Ciconia ciconia)

A Tisza-tó gazdag madárvilággal büszkélkedhet. Ha a környékén jár valaki, biztosan összetalálkozik néhány dankasirállyal (Larus ridibundus). Igen gyakoriak tavaink, folyóink környékén, nászidőszakban a hímeket könnyen felismerhetjük barna fejükről, egyébként alapszínük fehér. Magyarországon védettek, eszmei értékük 50 000 Ft.
Megfigyelhető még a tavon a sárgalábú sirály (Larus michahellis) is, mely Magyarországon elterjedt sirályfaj.
A küszvágó csérek (Sterna hirundo) a dankasirályoknál kisebb madarak. Testük szürkésfehér, fejük búbja fekete, villás farkukkal jól kormányoznak, röptük elegáns. Magyarországon fokozottan védettek, eszmei értékük 100 000 Ft.
A nagy kárókatona vagy kormorán (Phalacrocorax carbo) igen nagy testű madár. Testtömege elérheti a három kilogrammot, szárnyfesztávolsága pedig a másfél métert. Halászati módja érdekes, mert a legtöbb vízimadártól eltérően nem zsírozza tollait, hanem halászat során csaknem teljesen átáztatja azt, hogy mélyebbre merülhessen, így miután végzett, igen sokáig szárítja tollruháját, széttárt szárnyakkal a napon, mielőtt újra szárnyra kaphatna. A kárókatona Magyarországon védett, eszmei értéke 1000 Ft.
Egy másik igen szép nagytestű madarunk a fehér gólya (Ciconia ciconia). Gázlómadárként a sekélyebb vizeket kedveli, de gyakran találjuk szántók, legelők környékén, ahol hüllőkre, kétéltűekre, rágcsálókra és rovarokra vadászik. Ez a közismert madár fokozottan védett, eszmei értéke 100 000 Ft.

---

Szitakötők

Gyakori szitakötő (Sympetrum striolatum)

Nádi acsa (Aeshna mixta)

Levedlett lárvabőr

Mint minden élő víz közlében, itt is számos szitakötővel találkozhatunk. Már akkor is nyilvánvaló a jelenlétük, amikor még nem látjuk ezeket a röpködő kis vadászokat, hiszen a víz felett néhány centivel, a vízinövények szárán több levedlett lárvabőrt lehetett látni. Két szép szitakötőt sikerült lencsevégre kapnom, az egyik a gyakori szitakötő (Sympetrum striolatum), a másik pedig a hatalmas, akár hat centiméteres testhosszt is elérő nádi acsa (Aeshna mixta). A szitakötőfajok azonosításához köszönet Szalay Petrának.