Feltámasztási biológia

Közel 5 millió évvel ezelőtt megfagyott baktériumokat támasztottak fel a Rutgers Universitykutatói. A mikrobák, amelyek akkor kerültek az Antarktisz jegébe, amikor még őseink közösek voltak a csimpánzokéival, Paul Falkowski laboratóriumában most mégis növekedni kezdtek. Ráadásul ez nem is az egyetlen példája a Lázár módjára feltámasztott baktériumoknak, írja a „feltámasztási biológia” eredményeiről beszámoló New Scientist-cikkben (Resurrected organisms reveal life’s bare essentials) Colin Barras: az eddigi legöregebb mikrobák, amiket sikerült életre kelteni, 250 millió évesek, Új-Mexikóból származnak, és sókristályból kerültek elő 2000-ben (Salado baktériumok; Russell Vreeland és munkatársai, West Chester University of Pennsylvania); a Lázár-mikrobák nemcsak lenyűgöző furcsaságok, de mivel az élet és a halál közötti szürke zónát lakják, különleges esélyt nyújtanak arra is, hogy az élet legalapvetőbb kérdéseit tanulmányozzuk a segítségükkel.

Mint Vreeland a New Scientistnek elmondja, szükség esetén a baktériumok kemény sejtfalat növesztenek, és alvó spóra-állapotba kerülnek: anyagcseréjük olyannyira lelassul, hogy akár halottak is lehetnek. Mindez egyben azt is jelenti, hogy nincs lehetőségük az évmilliók során a környezeti sugárzás miatt kialakuló DNS-hibák kijavítására. Márpedig ez alapvető problémát vet fel: ideális, azaz hűvös és száraz körülmények között a DNS féléletideje 160 000 év, azaz 7 millió év alatt semennyi nem marad belőle. A feltámasztási biológia kritikusai ezért azt állítják, hogy a feltámasztott mikrobák valójában modern baktériumok lehetnek, amelyek megszennyezték az ősi mintákat.

A feltámasztási biológusok azonban ellenállnak, és ellenérvelnek. Mint mondják, lehetséges, hogy a Lázár-baktériumok valójában sose kerültek teljesen alvó állapotba, hanem fenntartottak alapvető metabolikus funkciókat, és bár semmi mást nem műveltek, az időközben keletkező DNS-hibákat azonban mégis kijavították. Brent Christner és munkatársai (University of Florida) 20 000 éves szibériai permafrostból kiolvasztott baktériumokkal (Psychrobacter arcticus) mutatták meg, hogy ez lehetséges. Az újraélesztett mikrobákat ismételten lefagyasztották (-15°C-ra), majd DNS-üket sugárzással összetörték, és nézték, mi történik. Néhány száz napig nem történt semmi, majd néhány sejt lassan elkezdte a törött darabokat összeilleszteni, azaz még jégbe zárva is képesek voltak a funkcionális genom fenntartására.

Más vizsgálatok magyarázattal is szolgálnak. Tim Lowenstein és munkatársai (Binghamton University in New York) 30 000 éves sókristályokból élesztettek fel baktériumokat, de ez csak olyan esetekben sikerült, amikor a mikrobák algákkal együtt zárultak be az ősi tóból kivált kristályokba. A baktériumok az elhalt algasejtekből kiszabadult glicerolt fogyasztva életben tudtak maradni; Lowensteinék becslése szerint egyetlen alga 12 millió évre elegendő glicerolt jelent egy-egy baktériumnak. Christner szerint egyébként a jégkristály kialakulásának sajátosságai is segíthetnek a mikrobáknak: amikor a víz megfagy, minden szennyeződés, így a tápanyagok is, kiszorulnak a víz (H2O)-molekulák közül, és apró csomagokban gyűlnek össze, amelyek halmazállapota sűrűségük miatt akár -15°C-on is folyékony lehet, így a bennük csapdába zárt baktériumok minimális életműködést fenntartva életben maradhatnak.

A jég- és sókristályokon kívül a tengerfenék mélyén lévő iszapban sokezer éve eltemetett baktériumok is életben maradhatnak, derítette ki Steen D’Hondt és csapata (University of Rhode Island). Mivel nem áll rendelkezésükre elegendő tápanyag a szaporodáshoz, egy-egy baktériumnak kell életben maradnia ennyi ideig, mondja D’Hondt. Mindez további izgalmas kérdéseket is felvet: mi van az evolúcióval akkor, ha egy sejt nem szaporodik, pusztán él? Az evolúcióra ugyanis úgy gondolunk, mint ami az élet elkerülhetetlen ténye: a generációról generációra átadott mutációk teszik lehetővé az adaptálódást, az evolúciót. A nem szaporodó sejtek is evolválódnak?

Andreas Schramm és munkatársai (Aarhus University) 5000 éves tengerfenéki iszapban lévő baktériumok vizsgálatával azt találták, hogy azokban nem történt mutáció, ugyanúgy néztek ki, mint a ma is a tenger felső részében élő rokonaik, azaz nem adaptálódtak az eltérő viszonyokhoz. Mint Schramm kifejti, az adaptív evolúció hiánya szembe megy a biológia törvényeivel, így a Lázár-baktériumok arra is különleges esélyt adnak, hogy magát az evolúciót tanulmányozzuk; a feltámasztott sejtek olyanok, mint egy időkapszula, a segítségükkel megnézhetjük, milyen volt az élet ezerévekkel ezelőtt.

Az Antarktisz jegéből baktériumot feltámasztó Falkowskiszerint az is elképzelhető, hogy a feltámadt baktériumok géneket cserélnek ki a többi mikrobával, amikor természetes körülmények között elolvadó jégből kiszabadulnak, és természetes módon feltámadnak. Egy-egy jégkorszak elmúltával a mikrobiális evolúció felgyorsul, és Falkowski elmondása szerint több kutató véli úgy, hogy ennek a magyarázata, legalábbis részben, a feltámadt mikrobákkal történő géncsere. Patogének kiszabadulásának már tanúi lehettünk tavaly, amikor Szibériában emberéletet is követelt egy anthrax-járvány. A fertőzés forrása a feltételezések szerint egy 70 évvel ezelőtt lépfenében elhullott, majd megfagyott rénszarvas-tetem lehetett, ami a felmelegedés következtében most felolvadt (a tényt megelőzte a hasonló témájú angol krimisorozat a Fortitude forgatása, amelyben egy sarkvidéki kisváros lakóit pusztítja a kiásott mamuttetemből kiszabaduló kórokozó). A klímaváltozás következtében a közeljövőben rendszeressé válhat a Lázár-baktériumok előkerülése, figyelmeztetnek a kutatók.