E. Coli calculus:Bakterier finder derivatet optimalt

Forskere fra Graduate School of Information Science and Technology ved University of Tokyo beregnede effektiviteten af ​​det sensoriske netværk, som bakterier bruger til at bevæge sig mod mad, og fandt det optimalt set fra et informationsteorisk synspunkt. Dette arbejde kan føre til en bedre forståelse af bakteriel adfærd og deres sensoriske netværk.

På trods af at de er encellede organismer, bakterier som E. Coli kan udføre nogle imponerende bedrifter med sansning og tilpasning under konstant skiftende miljøforhold. For eksempel, disse bakterier kan fornemme tilstedeværelsen af ​​en kemisk gradient, der angiver madretningen og bevæge sig mod den. Denne proces kaldes kemotaksi, og har vist sig at være bemærkelsesværdigt effektiv, både for dens høje følsomhed over for små ændringer i koncentrationen og for dens evne til at tilpasse sig baggrundsniveauer. Imidlertid, spørgsmålet om, hvorvidt dette er det bedst mulige registreringssystem, der kan eksistere i støjende omgivelser, eller et suboptimalt evolutionært kompromis, ikke er fastlagt.

Nu, forskere fra University of Tokyo har vist, at den standardmodel, biologer bruger til at beskrive bakteriel kemotaksi, er, faktisk, matematisk svarende til den optimale dynamik. I denne ramme receptorer på bakteriens overflade kan moduleres ved tilstedeværelsen af ​​målmolekylerne, men dette signalnetværk kan påvirkes af tilfældig støj. Når bakterierne afgør, om de svømmer mod eller væk fra maden, de kan justere deres svømningsadfærd i overensstemmelse hermed.

"E. coli kan enten bevæge sig i en lige linje eller tilfældigt omorienteres via tumbling. Ved at reducere hyppigheden af ​​tumling, når den registrerer en positiv tiltrækkende koncentrationsgradient, bakterien kan fortrinsvis bevæge sig mod maden, "siger første forfatter Kento Nakamura.

Ved hjælp af ikke -lineær filtreringsteori, som er en gren af ​​informationsteori, der beskæftiger sig med opdatering af oplysninger baseret på en strøm af information i realtid, forskerne viste, at det system, der bruges af bakterier, faktisk er optimalt.

"Vi finder ud af, at det bedst mulige støjfiltreringssystem falder sammen med den biokemiske model af E. coli sensoriske system, "forklarer seniorforfatter Tetsuya J. Kobayashi.

Resultaterne af denne forskning kan også anvendes på sensoriske systemer i andre organismer, såsom G-proteinkoblede receptorer, der bruges til syn. Da alle levende systemer skal kunne fornemme og reagere på deres omgivelser, dette projekt kan hjælpe med at evaluere effektiviteten af ​​informationsfiltrering mere generelt.