Egy úttörő kutatás szerint az egysejtűek képesek lehetnek tanulni agy nélkül

Egy új kutatás szerint az egysejtűek bonyolult agy vagy idegrendszer nélkül is képesek lehetnek a tanulás alapvető formájára. A felfedezést ...

Egy Melbourne-i cég bemutatta az első "biológiai számítógépet," amely emberi agysejtekből készült

Holland kutatók bejelentették, hogy hamarosan mesterséges életet hoznak létre

Jönnek a sötétben világító növények, Amerikában jövő hónaptól lesznek kaphatók

Egy új kutatás szerint az egysejtűek bonyolult agy vagy idegrendszer nélkül is képesek lehetnek a tanulás alapvető formájára. A felfedezést a barcelonai Genomikai Szabályozási Központ (CRG) és a bostoni Harvard Medical School kutatói tették közzé a Current Biology című tudományos folyóiratban.

Ez az eredmény alapvetően változtathatja meg a sejtek működéséről alkotott elképzeléseinket, különösen a betegségekkel szembeni ellenállás terén.

Sejtek és tanulás: egy új nézőpont

"Ahelyett, hogy kizárólag előre programozott genetikai utasításokat követnének, úgy tűnik, a sejtek képesek egyfajta alapvető döntéshozatalra azáltal, hogy tanulnak a környezetükből," - magyarázta Jeremy Gunawardena, a Harvard Medical School rendszerbiológiai tanszékének docense, a tanulmány társszerzője. (1)

A kutatás a tanulás legegyszerűbb formáját, a hozzászokást (habituáció) vizsgálta. Ez az a folyamat, amelyben egy élőlény fokozatosan megszokja az ismétlődő, ártalmatlan ingereket, és elkezdi figyelmen kívül hagyni azokat. Az emberek például egy idő után már nem érzékelik az óra ketyegését vagy a légkondicionáló zúgását. Bár a hozzászokás jól ismert jelenség összetettebb élőlényeknél, már a 20. század elején is felvetették, hogy egysejtűeknél is előfordulhat.

A sejttanulás mechanizmusának feltárása

Rosa Martinez, a CRG kutatója és a tanulmány egyik szerzője a felfedezés fontosságát hangsúlyozta: "Ezek az élőlények teljesen mások, mint az aggyal rendelkező állatok. Ha képesek a tanulásra, akkor valamilyen belső molekuláris hálózatot kell használniuk, amely valamilyen módon az idegsejthálózatokhoz hasonló funkciókat lát el. Ez egy olyan rejtély, amit érdemes megvizsgálni."

A kutatás számítógépes szimulációkat alkalmazott, hogy megértsék, hogyan reagálnak a sejtek ismétlődő ingerekre. A sejtek információfeldolgozása biokémiai reakciókon keresztül történik, például egy foszfátcsoport hozzáadásával vagy eltávolításával, amely egy molekulát "bekapcsol" vagy "kikapcsol". A kutatók ezeknek a biokémiai reakcióknak a matematikai modelljeit használták, hogy feltárják, hogyan változnak a sejtek válaszai az ismétlődő ingerek hatására.

A kutatás két fő mechanizmusra, a negatív visszacsatolási hurkokra és az inkoherens előrecsatolási hurkokra összpontosított. A negatív visszacsatolás egy folyamat leállítását jelzi, például amikor a termosztát kikapcsolja a fűtést, miután elérte a kívánt hőmérsékletet. Az inkoherens előrecsatolás egyszerre indítja el egy folyamat bekapcsolását és kikapcsolását, például amikor egy mozgásérzékelős lámpa bekapcsol, majd egy idő után automatikusan kialszik.

Bizonyíték a sejtszintű memóriára

A szimulációk kimutatták, hogy a sejtek kombinálják ezeket a biokémiai hurkokat, hogy finoman hangolt válaszokat hozzanak létre. Ezek a válaszok számos olyan tulajdonságot mutatnak, amelyeket eddig csak bonyolultabb élőlények habituációjánál figyeltek meg. Az is kiderült, hogy egyes reakciók gyorsabban zajlanak le, mint mások, ami egyfajta sejtszintű memóriára utalhat.

"Ez a memória lehetővé teheti, hogy a sejtek azonnal reagáljanak, ugyanakkor befolyásolja azt is, hogyan válaszolnak a jövőbeni ingerekre," - magyarázta Dr. Martinez.

Kapcsolat a kognitív és idegtudományi nézőpontok között

A kutatás segíthet áthidalni a kognitív tudósok és az idegtudósok közötti nézeteltéréseket a habituáció kapcsán. Az idegtudósok szerint a gyakori, alacsony intenzitású ingerek nagyobb mértékű hozzászokást eredményeznek. Ezzel szemben a kognitív tudósok úgy vélik, hogy a ritkább, de nagyobb intenzitású ingerek váltanak ki erősebb habituációt.

A kutatók szerint mindkét megközelítés helyes lehet, attól függően, hogy milyen időkeretben vizsgáljuk a folyamatot. Habituáció közben a sejtek kevésbé reagálnak a gyakori, alacsony intenzitású ingerekre. Ugyanakkor, miután hozzászoktak, ugyanazokra az ingerekre fokozott reakciót mutathatnak.

"Úgy gondoljuk, hogy a kognitív tudomány és az idegtudomány valójában ugyanannak a jelenségnek a két oldalát vizsgálja," - mondta Gunawardena. "Az egysejtűek erőteljes eszközzé válhatnak a tanulás alapvető mechanizmusainak kutatásában."

Orvosi alkalmazások és további kutatások

A felfedezés jelentős hatással lehet az orvostudományra. Ha jobban megértjük, hogyan tanulnak a sejtek, hatékonyabb stratégiákat dolgozhatunk ki például az antibiotikum-rezisztencia vagy a kemoterápiás rezisztencia leküzdésére.

Bár a szimulációk eredményeit még biológiai környezetben is meg kell erősíteni, az eddigi eredmények ígéretesek. "A számítógépes biológia egyik végső célja, hogy az élet programozhatóvá váljon, mint egy számítógép," - mondta Martinez. "A mi megközelítésünk segíthet abban, hogy a legígéretesebb kísérletekre összpontosítsunk, időt és erőforrásokat spórolva." (2)

(1) - https://www.cell.com/current-biolog
(2) - https://thedebrief.org/nobody-knows