Luria–Delbrücki eksperiment: bakterite mutatsioonide juhuslikkuse tõestus

Luria-Delbrücki eksperiment, 1943, mida nimetatakse ka "Fluktuatsioonitestiks", esitab küsimuse: kas mutatsioonid on loomulikust valikust sõltumatud? Või on need suunatud valiku poolt?

Max Delbrück ja Salvador Luria näitasid, et bakterites toimuvad DNA-mutatsioonid juhuslikult. See tähendab, et need toimuvad igal ajal, mitte ei ole vastus valikule.

Seega kehtib Darwini teooria, mille kohaselt looduslik valik toimib juhuslikele mutatsioonidele, nii bakterite kui ka keerulisemate organismide puhul.

Delbrück ja Luria said 1969. aastal Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhinna osaliselt selle töö eest.

Eksperimendi idee ja protseduur

Eksperimendi põhimõte oli lihtne ja nutikas. Uurijad alustasid paljudest väikestest, sõltumatult kasvavatest bakterikultuuridest, milles iga kultuur sai alguse vähesest arvust baktereid. Kultuurid lasti kasvada ilma selektiivse surveta ning seejärel pandi neid kokku keskkonda, mis sisaldas bakterite ründajat (näiteks bakteriofag) või mõnda muud selektiivset ainet, mis hävitab tundlikud rakud.

Kui resistentsus ilmneb ainult siis, kui selektiivne tegur on kohal (s.t. mutatsioonid tekivad vastusena sellele tegurile), peaksid kõik kultuurid andma ligikaudu sama arvu resistentseid kolooniaid. Kui aga mutatsioonid tekivad juhuslikult enne selektiivse survet, tekivad mõnes kultuuris palju resistentseid rakke (kui mutatsioon juhtus vara) ja teistes vähe või üldse mitte — tekib suur erinevus ehk fluktuatsioon.

Statistiline loogika: fluktuatsioonid ja "jackpotid"

Luria ja Delbrück vaatasid mitte ainult keskmist arvu resistentseid kolooniaid, vaid ka nende arvude hajuvust kultuuride vahel. Kui mutatsioonid tekivad alles peale selektsiooni, järgiksid tulemused ligikaudu Poissoni jaotust — väike hajuvus. Kui aga mutatsioonid tekivad juhuslikult kas enne selektsiooni, siis mõned varased mutatsioonid annavad palju järglasi ja tekitavad nn "jackpot"-laadne olukorra: üks kultuur võib sisaldada väga palju resistentseid kolooniaid, teised aga peaaegu ühtegi. Selline suur dispersioon andmetes osutas eelmutatsioonide olemasolule.

Tulemused ja tähtsus

Delbrücki ja Luria eksperiment näitas selgelt, et bakterites tekivad resistentsed mutatsioonid juhuslikult enne selektiivse surveta ilmumist. See tulemus kinnitas Darwini mõtteviisi, et looduslik valik valib organismi sees juba olemasolevate pärilikult eristuvate variantide seast, mitte ei tekitaks neid variatsioone otse vastuseks välisele survetele.

Tulemuse olulisus ulatub üle bakterite: see andis tugeva toe mõistele, et mutatsioonid on juhuslikud sündmused DNA-s ning et valikuline keskkond valib nende hulgast sobivad variandid. See oli oluline samm mikrobioloogia, evolutsiooniteooria ja hilisema molekulaarbioloogia arengus.

Pärand ja hilisemad meetodid

Hiljem on selle töös kasutatud arenenumaid statistilisi mudeleid (näiteks Luria–Delbrücki jaotus ning Lea–Coulsoni meetodid) fluktuatsioonitestide analüüsimiseks ja mutatsioonimäärade hindamiseks. Samuti kinnitasid teised katsed, näiteks replica-plating tehnika, sama järeldust preeksiteeriva mutatsiooni kohta.

Praktiline tähendus: Luria–Delbrücki tulemus on eriti oluline arusaamaks, kuidas tekib antibiootikumiresistentsus — resistentsed mutandid võivad eksisteerida juba enne antibiootikumi kasutuselevõttu ning selektsioon lihtsalt suurendab nende osakaalu populatsioonis.

Lihtne kokkuvõte

• Eksperiment näitas, et bakterite mutatsioonid tekivad juhuslikult, mitte selektsiooni toimel.
• Täheldatud suur hajuvus resistentsete kolooniate arvus viitas eelmutatsioonide olemasolule (jackpot-efekt).
• See töö andis tugeva toe evolutsioonilisele mudelile, kus looduslik valik tegutseb juhuslike pärilike variantide suhtes.

Otsing