Luria–Delbrück eksperimentas: kaip įrodyta bakterijų mutacijų atsitiktinumas

Luria–Delbrück eksperimentas: kaip Delbrück ir Lurija įrodė, kad bakterijų DNR mutacijos yra atsitiktinės — kertinis atradimas evoliucijai ir mikrobiologijai.

1943 m. Lurijos ir Delbriuko eksperimente, dar vadinamame „svyravimų testu“, buvo užduotas esminis klausimas: ar mutacijos atsiranda kaip tiesioginis atsakas į aplinkos spaudimą (t. y. yra nukreiptos atrankos), ar jos įvyksta atsitiktinai, nepriklausomai nuo natūraliosios atrankos? Eksperimento rezultatai palaikė idėją, kad mutacijos atsiranda prieš veikiant atrankai, o ne dėl jos.

Maksas Delbriukas ir Salvadoras Lurija parodė, kad bakterijose DNR mutacijos vyksta atsitiktinai. Tai reiškia, kad reikalingų pokyčių nekontroliuoja pačios bakterijos arba išorinė grėsmė — mutacijos gali atsirasti bet kuriuo momentu, o natūralioji atranka tiesiog atrenka tuos, kurie yra tinkami konkrečioje situacijoje (pvz., atsparūs bakteriofagui ar antibiotikui).

Eksperimento esmė buvo paprasta, bet įžvalgūs buvo numatyti skirtingi statistiniai modeliai, priklausomai nuo to, kuri hipotezė teisinga. Procedūra apėmė kelis žingsnius:

• Pradėta daug atskirų, maždaug vienodų bakterijų kultūrų iš nedidelio pradinio kiekio.
• Kultūros augintos be pasirinkimo veiksnio (pvz., be bakteriofago ar antibiotiko).
• Po augimo kiekviena kultūra atskirai užkrėsta bakteriofagu arba užplikyta ant selektyvaus agarinio paviršiaus, kad būtų išaugintos tik atsparios bakterijos.
• Skaičiuotas atsparių kolonijų skaičius kiekvienoje kultūroje ir palyginta jų pasiskirstymo variacija tarp kultūrų.

Jeigu mutacijos būtų „iššaukiamos“ kontaktuojant su bakteriofagu (t. y. adaptyvios), visose kultūrose būtų panašus atspariųjų kolonijų skaičius (maža dispersija, artima Poisson pasiskirstymui). Priešingai, jei mutacijos atsiranda atsitiktinai prieš kontaktą su fagais, jų laikas kiekvienoje kultūroje skirtųsi: ankstyva mutacija vienoje kultūroje duotų daug palikuonių (vadinamąjį „jackpot“ efektą), o vėlesnės arba nulinės mutacijos kitoje kultūroje – mažai ar nė vienos. Lurijos ir Delbriuko duomenys rodė didelę svyravimų dispersiją (variacija daug didesnė už vidurkį), taigi mutacijos yra spontaniškos.

Toks rezultatų modeliavimas vėliau vadinamas Luria–Delbrück pasiskirstymu ir tapo pagrindu metodams, skirtiems bakterijų mutacijų dažniui įvertinti (pvz., Lea–Coulson ir kiti skaičiavimo metodai). Eksperimento logika — ieškoti statistinio variacijos ženklo, o ne vien tik vidutinio atsparių skaičiaus — buvo ypač reikšminga.

Šis darbas sustiprino idėją, kad Darvino natūralioji atranka veikia atsitiktines mutacijas: atsitiktinė variacija suteikia įvairovę, o atranka formuoja adaptacijas. Tai turi svarbių pasekmių mikrobiologijai, genetikai ir evoliucijos teorijai — eksperimento metodai ir sampratos prisidėjo prie bakterijų genetikos ir molekulinės biologijos plėtros.

Reikia pažymėti, kad vėliau aptikti ir kai kurie sudėtingesni reiškiniai (pvz., padidėjęs mutacijų dažnis stresinėmis sąlygomis), tačiau tai nekeičia esminio Lurijos ir Delbriuko išvados apie mutacijų atsitiktinumą santykyje su atranka.

Delbriukas ir Lurija kartu su Alfredu Hershey 1969 m. buvo apdovanoti Nobelio fiziologijos ar medicinos premija už atradimus, susijusius su virusų replikuacijos mechanizmu ir genetine struktūra — šioje premijoje Lurijos ir Delbriuko svyravimų testas laikomas svarbia dalimi jų indėlio į molekulinę genetiką.

Paieška pagal raidę