Starý problém
Jak bakterie pozná, kdy se má rozdělit?

Každý ví, že bakterie se množí dělením. Když přijde čas, vzniknou z jedné bakteriální buňky dvě. Jenže co určuje, že už čas přišel?

Bakterie by se měly dělit, když dosáhnou přibližně dvojnásobné velikosti. Způsob jejich rozhodování už se vědci snaží dlouho odhalit. Až dosud nebyli přes veškerou snahu příliš úspěšní. Vymysleli množství teorií, které sice měly oporu v měřeních na skutečných mikroorganizmech, ale navzájem si odporovaly. Fyzik Ariel Amir z Harvardovy univerzity teď navrhl řešení. Teorie, kterou zveřejnil v časopise Physical Review Letters by mohla problém vyřešit. Její ústřední myšlenka není nová, pochází už ze sedmdesátých let minulého století.

Nová je však matematická formulace a rozpracování. Dodnes byly mezi biology nejoblíbenější dva přístupy. Podle první bakterie nějak ví, jak je velká. Roste, dokud nedosáhne určité velikosti, a pak se rozdělí. Zní to logicky a zdánlivě to vyhovuje i známé empirii.

Buňky jednoho druhu nebo populace bakterie jsou většinou přibližně stejně velké. Pokud by mikrobi opravdu určovali okamžik dělení tímto způsobem, neměla by velikost jejich buňky v okamžiku dělení souviset s velikostí v okamžiku narození. Jenže to není pravda. Velikost bakteriální buňky před dělením podle mnoha nezávislých měření s její velikostí po vzniku souvisí.

Chemické hodiny?

Zastánci druhé skupiny teorií proto tvrdí, že se bakterie dělí, když zdvojnásobí svůj objem, nezávisle na tom, jaký původně byl. Jelikož jejich buňka stejně jako populace roste exponenciálně, znamenalo by to, že mikrob měří místo objemu čas. Roste nějakou přesně definovanou dobu a pak se rozdělí. I tahle teorie na první pohled odpovídá realitě, poněvadž intervaly dělení různých druhů bakterií jsou často přibližně konstantní. Leč v delším časovém měřítku by takové řízení nefungovalo.

Žádné hodiny nejsou dokonale přesné. Chemické hodiny, které by musely používat bakterie, patří k těm nejméně přesným vůbec. Jenom samotný časoměr by zhruba konstantní velikost buňky, jaká je v přírodě k vidění, udržet nezvládl. Náhodná odchylka by se s každou novou generací zvyšovala.

Hypotetický přepínač, který dělení bakterie řídí, by proto měl stát někde mezi oběma probranými mechanismy. Buňka by měla nějak vědět, že už je moc velká a má se rozdělit, ale nepotřebuje měřit přesně svůj vlastní objem. Koneckonců bakterii je putna, jestli měří tři mikrometry nebo tři a půl. Nechce být jen dlouhá metr.

Podle Amira by se to dalo vyřešit, pokud by bakterie neměřila svůj absolutní objem, ale měřila by ho v porovnání s předchozí generací. Poměřuje se tak se svojí matkou. Buňka začne množit svoji DNA a připravovat se k dělení, jakmile přiroste o určitý kus od okamžiku, kdy začala DNA množit naposled.

Srovnání s matkou

V praxi to může být o něco složitější, poněvadž dělení je hlavní náplní života bakterií, a proto se na něj připravují v předstihu. Například buňka známé střevní tyčky Escherichie coli během vlastního života často množí DNA už pro svoje vnučky nebo dokonce pravnučky. Z biochemického pohledu by nebyl problém měření, odpovídající teorii relativního přírůstku, zařídit. Buňka by mohla například od okamžiku zkopírování DNA začít vyrábět stálým tempem nějaký protein.

Jakmile by se ho nahromadilo dost, spustil by se přepínač, který by nastatrtoval automatickou mašinérii dělení. Podle Amirových výpočtů by pak velikost buňky v okamžiku dělení závisela na její velikosti v okamžiku vzniku, ale jen zčásti. Přesně tak, jak se to dá pozorovat i v přírodě.

Zároveň by se bakterie většinou začala dělit až po dosažení určité kritické velikosti, na což poukazují zastánci teorie absolutního prahu diskutované výše. Hypotéza, kterou Amir prosazuje, také správně předvídá vztah mezi velikostí buněk a rychlostí jejich dělení, jenž je dobře prověřený. Teď už zbývá jen najít v buňce měřící zařízení, které by hypotéze vyhovovalo.