Hvordan C. elegans-orme undgår at blive forgiftet

Javier Apfeld nærmede sig spørgsmålet som en ormedetektiv. Bortset fra, at i stedet for at løse et vrikkende væsens mord, forsøgte biologen at forstå, hvorfor orme ikke døde, på trods af et dødeligt giftstofs almindelige tilstedeværelse i de miljøer, de lever i.

Dommen:Ormene ved, hvordan de opdager og undviger den kemiske trussel. Et trick, de bruger, som Apfeld og kolleger beskriver i et nyt papir offentliggjort i PLOS Pathogens , er, at de ved, hvordan de skal klare sig med lidt hjælp fra deres mad.

Og, siger Apfeld, en assisterende professor i biologi ved Northeastern, at forstå ormens metoder kunne hjælpe os med at forstå, hvordan andre væsner – inklusive mennesker – som står over for den samme giftige trussel kan hindre den kemiske fjende.

Den pågældende orm hedder Caenorhabditis elegans, og det er en type mikroskopisk rundorm, der ofte bruges som modelorganisme til at studere menneskelige sygdomme. En af de største trusler mod dets eksistens er et almindeligt stof:hydrogenperoxid.

Hydrogenperoxid kan være dødeligt for alle slags organismer at støde på. Den kemiske forbindelse reagerer let med andre molekyler og kan nedbryde cellevægge. Det findes overalt i den naturlige verden, især i de mikroskopiske sfærer, da det produceres af en bred vifte af mikroorganismer.

Hydrogenperoxid er så almindeligt, at mange organismer har udviklet forsvarsmekanismer mod dets toksicitet. En metode er at producere enzymer, der nedbryder det kemiske giftstof og forhindrer det i at gøre skade. Orme er ikke anderledes.

Men i en tidligere undersøgelse bemærkede Apfeld og hans team en ejendommelig ting:C. elegans slukker deres hydrogenperoxid-forsvar, når de spiser.

"Det virkede lidt underligt i starten," siger han. "Men det viser sig, at de bakterier, som ormene spiser, har lignende forsvar, disse enzymer, der nedbryder peroxid."

Apfeld formodede, at når orme måske lugter mad, regner de med, at de vil være i stand til at vælge bakteriens beskyttelse til sig selv. Fra ormenes perspektiv giver det mening, siger han:"Hvorfor inducere en beskyttelse, når du kan frigøre beskyttelsen fra bakterierne?"

Men ikke alle bakterier giver ormene den samme beskyttelse. Så kunne orme faktisk se forskel på, hvilken snack der ville beskytte dem, og hvilken der ikke ville?

Apfeld stillede spørgsmålet til studerende i sit laboratorium. De lavede adskillige eksperimenter, der tvang ormene til at vælge mellem forskellige fødevarer i en petriskål - nogle gange under tilstedeværelse af hydrogenperoxid.

I et forsøg gav forskerne ormene valget mellem bakterier, der nedbryder brintoverilte, og bakterier, der ikke gør det. De ville placere en orm mellem de to valg i petriskålen og se, hvor den bar hen.

Ikke overraskende, "når der var peroxid omkring, havde ormene virkelig en stærk præference for de bakterier, der beskyttede dem," siger Apfeld. Nogle gange gik ormene begge steder, men når de fornemmede, at bakterierne ikke ville beskytte dem, forlod de normalt den mad.

Men ikke altid, siger Apfeld. "Det er en svær beslutning" for ormene, siger han. "Forlader du maden? For hvis du forlader maden, møder du måske ikke mad igen og dør. Og hvis du bliver, kan du også dø," hvis der er brintoverilte omkring.

For at grave dybere ned i C. elegans' beslutningstagning samarbejdede Apfeld med Vivek Venkatachalam, assisterende professor i fysik ved Northeastern, og hans laboratorium for at afbilde hjerneaktiviteten forbundet med disse valg. Holdet identificerede, hvilke neuroner der reagerede på tilstedeværelsen af ​​hydrogenperoxid i miljøet, og hvilke der ville reagere på mad.

Forskerne fandt ud af, at givet et miljø med både mad og brintoverilte, ville kun én af de neurologiske reaktioner vinde. Hvis bakterierne tilbød mindre beskyttelse, var der mindre sandsynlighed for, at den madsøgende neurologiske mekanisme ville vinde, og ormen ville bruge sin energi på at undslippe truslen fra brintoverilte i stedet for at æde ned på bakterierne.

"De reagerer på koncentrationen af ​​mad, koncentrationen af ​​peroxid," siger Apfeld. "Men vi er først begyndt at forstå, hvordan ormene træffer beslutninger, og hvordan de reagerer på modstridende signaler."

Yderligere undersøgelser, siger han, er berettiget for bedre at forstå, hvordan hjernen koordinerer kludetæppet af sensoriske input, der signalerer fare, mad og andre vigtige indikatorer for overlevelse. Og at forstå dem i orme kan give fingerpeg om, hvordan skabninger med mere komplekse neurologiske systemer (som mennesker) ved, hvordan de skal reagere på måder, hvorpå de kan holde sig selv sikre.