Több mint egy évszázada foglalkoztatja a tudósokat az a kérdés, hogy a baktériumok véletlenül vagy meghatározott céllal mutálnak-e. A kérdés tisztulni kezdett Salvador Luria és Max Delbrück 1943-as úttörő munkájával – a két kutató ugyanis egy kísérlettel bizonyította be, hogy a bakteriális mutációk véletlenszerűen fordulnak elő, nem pedig külső ingerek hatására. Ez a felfedezés nemcsak Luria és Delbrück számára nyitotta meg az utat ahhoz, hogy 1969-ben elnyerje az élettani és orvosi Nobel-díjat, hanem a biológia egyik alapelvét is lefektette. Minderről a ScienceAlert közölt cikket, amit lentebb összefoglalunk.

A Luria–Delbrück kísérlet lényege az egyszerűségében és mélyreható következményeiben rejlik. A bakteriofágoknak, a baktériumokat megfertőző vírusoknak kitett baktériumtenyészeteket megfigyelve észrevették, hogy egyes baktériumok már azelőtt rezisztenciát fejlesztettek ki, hogy érintkezésbe kerültek volna ezekkel a kórokozókkal. Ez alapján tehát a rezisztenciát biztosító mutációk véletlenszerűen fordultak elő, nem pedig a fág-fenyegetésre adott közvetlen válaszként.

Luria heuréka pillanata váratlanul érkezett, amikor látta egy kollégája szerencséjét egy nyerőgépnél. Ezt a hasonlatot használva elindított egy sor kísérletet, ahol a baktériumoknak lehetőségük volt mutálódni, akár a fágok jelenlétében, akár azok hiányában. Az eredmények magukért beszéltek: a baktériumok ellenállóvá váltak a fágokkal szemben még akkor is, ha a mutációk a fágokkal való érintkezés előtt történtek. Ez arra utalt, hogy a mutációk véletlenszerű események eredményei, nem pedig a fágokkal való közvetlen kölcsönhatások következményei.

Mindez azért jelentős, és jár máig ható következményekkel, mert Luria arra jött rá, hogy a baktériumok képesek genetikailag megváltozni, függetlenül attól, hogy éppen vannak-e körülöttük vírusok vagy sem. Ez a felfedezés azt jelenti, hogy a baktériumok véletlenszerűen mutálódnak, nem pedig azért, mert “látják” vagy “érzik”, hogy vírusok vannak a közelben, és azért kell megváltozniuk, hogy túléljenek.

A megfigyelést Luria a kollégája inspirációjára tehát egy nyerőgép működéséhez hasonlította, ahol a nyeremények (vagy jelen esetben a mutációk) teljesen véletlenszerűek, és nem függnek attól, hogy mit csinál vagy nem csinál a játékos (vagy a fág). Ez a felfedezés nagyon fontos volt a biológiában, mivel segít megérteni, hogyan fejlődik ki az antibiotikum-rezisztencia és más genetikai változások a mikroorganizmusokban.

Ennek az elvnek épp ezért messzemenő, máig életbevágó következményei vannak, különösen az antibiotikum-rezisztencia megértésében. A kísérlet ugyanis azt utánozta, hogy a baktériumok hogyan szerezhetnek rezisztenciát olyan antibiotikumokkal szemben, amelyekkel még soha nem találkoztak – vagyis épp emiatt nehéz előrejelzéseket megfogalmazni, valamint leküzdeni a gyógyszerrezisztenciát.

A későbbi kutatások aztán kiterjesztették Luria és Delbrück munkáját olyan antibiotikumokra, mint a penicillin és a tuberkulózis elleni gyógyszerek, és megerősítették, hogy a baktériumok valóban képesek rezisztenciát kifejteni a közvetlen expozíciótól függetlenül.

A Luria–Delbrück kísérlet a baktériumok életének egy alapvető aspektusát hangsúlyozza: a véletlenszerű mutációk révén való alkalmazkodás képességét. Ez az alkalmazkodóképesség tette lehetővé a baktériumok számára, hogy több millió éven keresztül túléljenek változatos és gyakran ellenséges környezetben. Ennek eredményeként viszont számunkra a rossz hír az, hogy a baktériumok elkerülhetetlenül rezisztenssé válnak a jövőbeni antibiotikumokkal szemben is.

(Kép: pásztázó elektronmikroszkópos felvétel az Escherichia coli pálcika alakú baktériumokról, forrás: wikimedia.commons)