Badania laboratoryjne nad bakterią Escherichia coli ujawniają fascynujące mechanizmy jej przetrwania w ekstremalnych warunkach środowiskowych. Escherichia coli, znana jako pałeczka okrężnicy, jest powszechnie obecna w mikrobiomie jelit ludzi oraz zwierząt. Choć pełni funkcje symbiotyczne, wspierając rozkład pokarmów oraz produkcję witamin z grupy B i K, czasami może być patogenna, wywołując choroby układu pokarmowego i moczowego.

Co zaskakujące, badacze odkryli, że w trudnych warunkach niektóre populacje E. coli mogą szybko ewoluować, stosując mutacje genetyczne, które umożliwiają im przystosowanie się do zmieniających się warunków.

Zespół naukowców analizował 16 różnych populacji bakterii, które poddano długotrwałemu głodowaniu, prowadząc do akumulacji odpadów metabolicznych i drastycznych zmian pH otoczenia. Po tym, jak bakterie otrzymały składniki odżywcze na 100 dni, cały proces powtarzano, co prowadziło do zaskakujących zmian w ich DNA.

W wyniku tych badań, w aż siedmiu populacjach odnotowano istotne mutacje w sekwencji genów. W szczególności zauważono zamianę aminokwasu z argininy na histydynę w białku Rho, które pełni kluczową rolę w regulacji procesów komórkowych. Ta zmiana miała miejsce już w ciągu pierwszych 300 dni eksperymentu. Megan Behringer z Uniwersytetu Vanderbilt zaznacza, że "ta mutacja w genie rho często się powtarzała, a każde wystąpienie było powiązane z mutacją w genie 'ydcI', który może odgrywać rolę w homeostazie pH".

Dzięki białku Rho, bakterie lepiej funkcjonują w warunkach obfitości pokarmu, jednak w czasach głodu mogą pojawić się trudności. Mutacja genu 'ydcI' pozwala na lepszą tolerancję tych zmian, a także na adaptację do zmieniającego się poziomu pH w ich otoczeniu.

Interesujące jest, że podobne mechanizmy adaptacyjne można zaobserwować w nowotworach, gdzie komórki nowotworowe również zmieniają ekspresję swoich genów w odpowiedzi na otaczające je środowisko.

Naukowcy podsumowują, że "Wyniki te ilustrują potęgę ewolucji eksperymentalnej w identyfikacji funkcjonalnie istotnych mutacji, które mają związek z naturalnym środowiskiem".

Opublikowane badania w czasopiśmie naukowym PNAS mogą mieć dalekosiężne konsekwencje, sugerując, że zrozumienie tych mechanizmów może pomóc w przyszłych badaniach nad patogenami i terapią nowotworów, a także w innych dziedzinach biologii i medycyny.