Lūrijas–Delbrika eksperiments: nejaušo bakteriālo mutāciju pierādījums

Lūrijas–Delbrika eksperiments atklāj nejaušas bakteriālas mutācijas — spēcīgs pierādījums evolūcijai un Delbrika un Lūrijas Nobelēm veltītajam pētījumam.

1943. gadā veiktajā Lūrijas-Delbrikas eksperimentā, ko dēvē arī par "svārstību testu", tika uzdots jautājums: vai mutācijas ir neatkarīgas no dabiskās izlases? Vai arī tās ir atlases vadītas?

Makss Delbriks un Salvadors Lūrija pierādīja, ka baktērijās DNS mutācijas notiek nejauši. Tas nozīmē, ka tās notiek jebkurā laikā, nevis kā reakcija uz atlasi.

Tātad Darvina teorija par dabisko atlasi, kas iedarbojas uz nejaušām mutācijām, attiecas gan uz baktērijām, gan uz sarežģītākiem organismiem.

Par šo darbu Delbriks un Luria 1969. gadā saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā.

Eksperimenta būtība un plāns

Lūrijas un Delbrika ideja bija salīdzināt divas pretējas hipotezes:

• Hipotēze A — mutācijas rodas pēc selekcijas iestāšanās kā adaptīva reakcija (inducētas mutācijas). Ja tā ir, tad, pakļaujot baktērijas selekcijas spiedienam (piem., bakteriofāga vai antibiotikas klātbūtne), jaunizveidotie rezistenti mutantu skaitļi visās neatkarīgajās kultūrās būs līdzīgāki.
• Hipotēze B — mutācijas rodas nejauši un pastāv pirms selekcijas (spontānas mutācijas). Tad skaits rezistentu koloniju dažādās neatkarīgajās kultūrās var ļoti atšķirties, jo mutācija var rasties agri vienā kultūrā (radot daudz "jackpot" koloniju), bet citā — tikai vēlāk vai nemaz.

Eksperimentā tika audzētas daudzas neatkarīgas baktēriju kultūras no neliela sākotnējā inocula. Pēc audzēšanas katra kultūra tika pakļauta selekcijai — piemēram, pārnesta uz plāksnītēm ar bakteriofāgu vai antibiotiku, kas nogalina jutīgās baktērijas. Tad tika saskaitīts rezistentu koloniju skaits katrā plāksnītē.

Rezultāti un to interpretācija

Ja mutācijas būtu inducētas selekcijas laikā, rezistentu koloniju skaits visās plāksnītēs sadalītos aptuveni Poisson sadalījumam ar relatīvi nelielu dispersiju (varianci apmēram vienādu ar vidējo). Tomēr Lūrija un Delbriks novēroja lielu svārstību starp neatkarīgajām kultūrām: variācija bija ievērojami lielāka nekā sagaidāms Poisson modelī. Šo novērojumu varēja izskaidrot tikai tad, ja mutācijas notiek pirms selekcijas, nejaušos laikos; viena kultūra var izveidot mutāciju ļoti agri un radīt daudz rezistentu devu (”jackpot”), cita kultūra — ne.

Secinājums: mutācijas bakterijās rodas spontāni un nejauši, nevis tiek "izraisītas" selekcijas faktora klātbūtnē.

Matemātiskā un bioloģiskā nozīme

Lūrijas–Delbrika testa dati deva pamatu matemātiskai analīzei, kas atšķir Poisson tipa (inducētas) sadalījumus no tā sauktajiem Lūrijas–Delbrika sadalījumiem, kuros ir lielas dispersijas dēļ spontāno mutāciju iespējas un "jackpot" gadījumi. Šī pieeja apvienoja eksperimentālu mikrobioloģiju ar statistisku domāšanu un parādīja, kā kvantitatīva datu analīze var atklāt fundamentālas ģenētiskas mehāniskas pazīmes.

Secinājumi un mūsdienu konteksts

• Eksperiments apliecināja, ka ģenētiskā mainība organismiem nav mērķēta reakcija uz vidi, bet gan pastāvīga, nejauša procesu iezīme — atlase vienkārši "izvēlas" labas variācijas no šī krājuma.
• Tas ir svarīgi, piemēram, sapratnē par antibiotiku rezistences rašanos: rezistentas variācijas var pastāvēt pirms zāļu lietošanas, un selekcija vienkārši palielina to relatīvo īpatsvaru.
• Mūsdienās šo fenomenu skaidro ar molekulāriem mehānismiem — DNS replikācijas kļūdas, spontānas ķīmiskas izmaiņas (piem., deaminācija) un citi procesi rada mutācijas neatkarīgi no selekcijas. Tomēr selekcija joprojām nosaka, kuras no šīm mutācijām izplatīsies populācijā.

Vēsturiski un pedagoģiski Lūrijas–Delbrika eksperimenta nozīme ir liela: tas deva skaidru, eksperimentālu atbalstu Darvina idejai, ka dabiskā atlase darbojas uz nejaušām variācijām, un vienlaikus iedrošināja kvantitatīvu pieeju mikrobu ģenētikai. Par šiem pētījumiem Delbriks un Lūrja kopā ar citiem pētniekiem 1969. gadā saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā.

Meklēt pēc burta