14.10.2011 14:20
Miks on kasulik olla hulkrakne?
Üksiku raku otsustusvõime on väga piiratud, näitas Baltimore´is asuva John Hopkinsi ülikooli uurimus.
Hulkraksete olendite edukuse põhjuseks võib olla tõhusam infotöötlus ja suurem otsustusvõime.
Teadlased ühendasid nutikalt elusate rakkudega tehtud katsed ning matemaatika. Selgus, et rakkude koostöö parandab nende info kasutamise võimet.
"Iga rakk tõlgendab ümbritsevast keskkonnast saadud infot erinevat. Kui mitu rakku ühinevad, siis koos annavad nad vastuse, mis koondab nende poolt sarnaselt tõlgendatud info ja eemaldab erinevused," ütles uurimuse autor Andre Levtšenko.
"Rakkude koostöö on oluline, just see lubab kudedel ja elunditel töötada. Kui üks veresoon saab signaali ülesandega kokku tõmbuda, siis on sellest vähe kasu, kuna sama sõnumi peavad saama ka ümbritsevad koed," selgitas ta.
Infohulkade uurijad kasutavad ühikuna enamasti bitti. Üks bitt infot on valik kahe võimaluse vahel – jah või ei, info liikumine süsteemi või sealt välja, kahendsüsteemis üks või null. Kaks bitti suurendab valikute hulga neljani ning nõnda edasi.
Selleks, et kindlaks teha, mitu bitti infot kasutas rakk oma otsuse tegemiseks, pidid uurijad mõõtma bioloogilist otsustusvõimet. Levtšenko uurimisrühm kasutas koeuurijatele hästi tuntud molekuli– kasvaja nekroosifaktorit (TNF), mis lülitab kehas sisse põletikuvastuse.
Kui rakk leiab oma pinnale kinnitunud TNF-molekuli, siis lülitab ta sisse reaktsioonide raja ning saadab signaalvalgu tuuma aktiveerima põletikuvastuse geene.
Uurijad manustasid hiire koekultuuri rakkudele erineval hulgal nekroosifaktorit. Signaalvalk oli eelnevalt tähistatud helendava märgisega ning selle koguse kasvades hakkas ka rakutuum mikroskoobi all helendama.
Nii sai Levtšenko teada, kui palju molekule tuuma liikus. Siis arvutas ta selle põhjal välja, et ühe raku käsutuses oli 0,92 bitti infot ehk rakk oli võimeline valima kahe võimaluse vahel.
"Üksik rakk saab teha kindlaks, kas signaal on olemas või puudub. Rohkemat mitte," selgitas uurija.
Tulemus valmistas bioinformaatikutele isegi pettumuse, kuna nad lootsid, et rakud on on võimsamad.
Uurijad katsetasid muude olukordadega, kuid rakkude otsustusvõime jäi samaks ka siis, kui nad said korraga erinevaid signaale või pandi näiteks kiiresti arenema.
Lõpuks proovis Levtšenko seda, kuidas rakud suudavad koos otsuseid vastu võtta. Ta mõjutas rakukogumikke jälle TNF-ga ning pani nende tuumad helendama. 14 rakust koosnev rakukobar suutis toota 1,8 bitti infot. Seega suudab selline rakukoloonia teha otsuse, kui on vaja valida kolme või nelja võimaluse vahel.
Hulkraksus ja rakkude vaheline koostöö on seega edu võti. Üksik rakk on liiga piiratud, et üksi hakkama saada.
Uurimus ilmus ajakirjas Science.