Mikrobio eta zelula asko lo sakonean daude, aktibatzeko une egokiaren zain. Biologoek deskubritu dute zelula batean jarduera bat-batean geldiarazten duen eta arintasun berarekin berriro aktibatzen duen proteina oso hedatu bat.
Duela gutxi jakinarazi da Balon izeneko proteinaren deskubrimendua. Proteina hori gai da proteina berrien zelula ekoizpena erabat gelditzeko. Balon permafrost artikoan hibernatzen duten bakterioetan aurkitu da, baina badirudi beste organismo askok ere ekoizten dutela eta bizitzaren zuhaitz osoan alde batera utzi den lozorro mekanismo bat izan daitekeela.
Bizi forma gehienentzat, isolatzeko gaitasuna bizirauteko funtsezko ahalmena da. Izan ere, edozein unetan aurre egin behar izaten diete elikagaien gabezia edo klima hotza bezalako baldintza gogorrei. Eta zorigaiztoko egoera horietan, etsi eta hil ordez, organismo askok lozorroaren artea menperatu dute. Beren jarduera eta metabolismoa moteltzen dituzte. Eta garai hobeak datozenean, biziberritzen dira.
Baina, benetan, egoera latentean egotea Lurreko bizitza gehienaren ohikotasuna da: estimazio batzuen arabera, zelula mikrobiano guztien % 60 hibernatzen ari dira une jakin batean. Zenbait organismotan, ez da gorputz osoa inaktibatzen (hala nola, ugaztun gehienetan), baina zenbait zelula populaziok atseden hartzen duten beren baitan, eta aktibatzeko une egokiaren zain geratzen dira.
«Lozorrotuta dagoen planeta batean bizi gara», adierazi du Sergey Melnikovek, Newcastleko Unibertsitateko biologo molekular ebolutiboak. «Bizitza, nagusiki, lo egotean datza».
Baina, nola da posible zelulek hori egitea? Urteetan zehar, ikertzaileek «hibernazio faktore» batzuk deskubritu dituzte, zelulek egoera latentea eragiteko eta mantentzeko erabiltzen dituzten proteinak. Zelula batek aurkako baldintza motaren bat detektatzen duenean (hala nola, gosea edo hotza), hibernazio faktoreen multzo bat ekoizten du, bere metabolismoa geldiarazteko.
Hibernazio faktore batzuek makineria zelularra eraisten dute; beste batzuek geneak adieraz daitezela eragozten dute. Garrantzitsuenek, aldiz, erribosoma desaktibatzen dute, proteina berriak eraikitzeko makina zelularra. Proteinen ekoizpenak hazkuntza prozesuan dagoen zelula bakteriano baten energia erabileraren % 50 baino gehiago hartzen du. Hibernazio faktore horiek harea botatzen dute erribosomaren engranajeetan, proteina berriak sintetiza ditzala eragotziz, eta, horrela, bizirauteko oinarrizko beharretarako energia gordetzen dute.
Urte honen hasieran, Nature aldizkariko argitalpen batean, ikertzaileek talde batek jakinarazi du hibernazio faktore berri bat deskubritu dutela, eta Balon jarri diote izena. Harrigarria bada ere, proteina oso arrunta da: haren sekuentzia genetikoaren bilaketa egiterakoak deskubritu zen sailkatutako genoma bakteriano guztien % 20an dagoela. Eta biologo molekularrek orain arte ikusi ez duten moduan funtzionatzen du.
Orain arte, erribosomak alteratzen zituzten hibernazio-faktore ezagun guztiek pasiboki funtzionatzen zuten: erribosoma batek proteina bat eraikitzen amaitu arte itxaroten zuten, eta gero proteina berri batekin hastea eragozten zioten. Balonek, berriz, esku balazta erabiltzen du. Zelularen erribosoma bakoitzean sartzen da, baita lanean ari diren erribosoma aktiboak oztopatzen baditu ere. Balonen aurretik, hibernazio faktoreak erribosoma hutsetan besterik ez ziren hauteman.
«Baloni buruzko artikulua xehetasunez beteta dago», komentatu du Jay Lennon biologo ebolutiboak, Indianako Unibertsitatean latentzia mikrobianoa aztertzen duenak (hark ez du ikerketan parte hartu). «Lozorroaren funtzionamenduari buruzko gure ikuspegia zabalduko du».
Melnikovek eta Karla Helena-Bueno graduondoko ikasleak Balon aurkitu zuten Psychrobacter urativorans bakterioan, lur izoztuetako berezko hotzera egokitutako bakterio bat da, artikoko permafrostetik jasotakoa. (Melnikoven arabera, bakterioa 1970eko hamarkadan aurkitu zuten lehen aldiz, izoztutako saltxitxa pakete bat infektatzen ari zela. Eta Craig Venter genetista ezagunak berraurkitu zuen geroago, Artikora egindako bidaia batean). Ikertzaileek Psychrobacter urativorans eta ezohiko beste mikrobio batzuk aztertzen dituzte, bizitzaren espektro osoan erabiltzen diren proteinak eraikitzeko tresnen aniztasuna karakterizatzeko eta erribosomak muturreko inguruneetara nola egokitu daitezkeen ulertzeko.
Hainbat baldintzek eragin dezakete lozorroa, esaterako, goseak eta lehorteak, eta zientzialariek helburu praktiko batekin bideratu dute ikerketa. Melnikoven esanetan: «Ziur asko, ezagutza hori erabil dezakegu klima beroagoak jasan ditzaketen organismoak diseinatzeko, eta, beraz, klima-aldaketari aurre egiteko».
Hona hemen: Balon
Helena-Buenok kasualitate hutsez aurkitu zuen Balon. Laborategian zebilen lanean P. urativorans bakterioa zoriontsu hazi zedin ahaleginduz, baina kontrakoa egin zuen eta kultiboa ahaztu zuen eta izotz-ontzi batean utzi zuen denbora luzez. Hori dela eta, kultiboari hotz-kolpe aplikatu zion eta han zegoela gogoratu zuenerako, hotzera egokitutako bakterioak lozorroan zeuden jada.
Kultiboa alferrik ez galtzeko, ikertzaileek jatorrizko helburuari ekin zioten. Helena-Bueno ikertzaileak hotzak eragindako bakterioen erribosomak erauzi zituen eta krio-EM (mikroskopia elektroniko kriogenikoaren laburdura) teknika aplikatu zien. Krio-Em egitura biologiko ñimiñoak bereizmen handian ikusteko teknika bat da eta ikertzaileak erribosomaren A gunean trabatutako proteina bat ikusi zuen, hau da, proteina berriak gauzatzeko aminoazidoak entregatzen diren «atean».
Helena-Buenok eta Melnikovek ez zuten proteina ezagutu. Izan ere, ordura arte inork ez zuen deskribatu. Beste bakterio-proteina baten antza zuen, erribosoma-zatiak desmuntatu eta birziklatzeko garrantzitsua den proteina batena, Pelota izenekoa, gaztelaniazko terminoari erreferentzia eginez. Horregatik deitu zioten Balon proteina berriari, Espainiako homonimoagatik “pilota”, “baloia”.
Balonek erribosomaren jarduera geldiarazteko duen gaitasuna, estresak jota dagoen mikrobio baterako egokitzapen kritikoa dela dio Mee-Ngan Frances Yapek, ikerketan parte hartu ez duen Northwestern Unibertsitateko mikrobiologoak. «Bakterioak aktiboki hazten direnean, erribosoma eta RNA asko sortzen dituzte», adierazi du. «Estresatuta dagoenean, espezie batek itzulpen prozesua geldiarazteko beharra izan dezake», hain zuzen ere, RNA proteina berri bihurtzeko prozesua. Horrela, energia gorde ahal izango luke luzea izan daitekeen hibernazio-aldi baterako.
Deigarria bada ere, Balonen mekanismoa prozesu itzulgarria da. Beste hibernatze faktore batzuk ez bezala, hazkundea geldiarazteko txerta daiteke, eta gero azkar kanporatu kasete-zinta baten gisa. Larrialdietan lozorro egoeran zelula bat azkar sartzea ahalbidetzen du, eta baldintza onuragarriagoetara berregokitzeko bizkortasun berarekin berpiztea.
Balonek gaitasun hori du erribosometara modu bitxian itsasten delako. Aurkitutako hibernazio erribosomikoaren faktore bakoitzak aldez aurretik erribosomaren A gunea fisikoki blokeatzen du. Hori dela eta, aurrera doan edozein proteina-ekoizpen prozesu, erribosoma desaktibatzeko faktorea elkartu ahal izan baino lehen osatu behar da. Balon, berriz, kanaletik gertu batzen da, baina ez haren zehar, eta horrek aukera ematen dio erribosoma egiten ari denaz aparte joan eta etortzeko.
Ezaugarri mekaniko berriak dituen arren, Balon oso proteina arrunta da. Behin identifikatuta, Helena-Buenok eta Melnikovek Balonen ahaide genetikoak aurkitu zituzten datu-base publikoetan katalogatutako bakterio-genoma guztien %20an baino gehiagotan. Texaseko Unibertsitateko Medikuntza adarreko Mariia Rybak biologo molekularraren laguntzarekin, bakterio-proteina alternatibo horietako bi karakterizatu zituzten: Mycobacterium tuberculosis giza patogenoaren bat, tuberkulosia eragiten duena; eta beste bat Thermus thermophilusen, P. urativorans aurkituko zenukeen azken lekuan bizi dena, urpeko iturri hidrotermal ultraberoetan. Bi proteinak erribosomaren A gunean elkartzen dira, halaber; eta horrek esan nahi du ahaide genetiko horietako batzuek, gutxienez, Balonen antzeko jokabidea dutela beste bakterio espezie batzuetan.
Aitzitik, Balon ez da aurkitu Escherichia coli eta Staphylococcus aureus bakterioetan. Horiek dira zelulen lozorrorako gehien erabiltzen diren ereduak eta gehien aztertzen diren bakterio arruntenak. Laborategiko organismo gutxi batzuetan bakarrik zentratu zirenez, zientzialariek ez zuten aintzat hartu hibernazio-taktika orokor bat, dio Helena-Buenok. «Naturan gutxi aztertutako txoko batean bilatzen saiatu nintzen, eta zerbait aurkitu nuen».
Mundu guztiak hibernatzen du
Zelula guztiek behar dute lozorroan egoteko gaitasuna, beren unearen zain. Melnikovek azaldu du E. coli bakterioaren laborategiko ereduak hibernatzeko bost modu ezberdin dituela, eta guztiak direla indibidualki mikrobioak krisi batean bizirauteko nahikoa.
«Mikrobio gehienak gosez hiltzen ari dira», adierazi du Lyongo Unibertsitateko Ashley Shade mikrobiologoak (hark ez du ikerketan parte hartu). “Premia egoera batean existitzen dira. Ez dira bikoizten ari. Ez dira beren bizitzarik onena bizitzen ari”.
Baina lozorroa ere beharrezkoa da gose aldietatik harago. Zenbait organismotan, ez da gorputz osoa inaktibatzen (hala nola, ugaztun gehienetan), baina, hala ere, zenbait zelula populazio aktibatzeko une egokiaren zain geratzen dira. Giza obozitoak inaktibo mantentzen dira hamarkadetan, ernalketarako zain. Gizakion ama zelulak hezur-muinean jaio eta inaktibo mantentzen dira, gorputzak deitzeko zain, orduan hazi eta bereizteko. Nerbio ehuneko fibroblastoak, immunitate sistemako linfozitoak eta gibeleko hepatozitoak fase latenteetan sartzen dira, inaktibo eta dibisiorik gabe, eta aurrerago berraktibatzen dira.
«Ez da bakterio edo arkeoen ezaugarri esklusiboa», adierazi du Lennonek. “Bizitzaren zuhaitzeko organismo guztiek dute estrategia hori lortzeko modu bat. Beren metabolismoa geldiaraz dezakete”.
Hartzek hibernatzen dute. Herpesaren birusak lisogenizatzen dira. Zizareek dauer etapa bat dute. Intsektuak diapausan sartzen dira. Anfibioek estibazioa egiten dute. Txoriak logalean. Eta hitz guzti horiek gauza bera adierazten dute: lozorro egoera bat, organismoek baldintza hobeak daudenean aldatu dezaketena.
«Hibernazioa asmatu aurretik, bizirauteko modu bakarra hazten jarraitzea zen, etenik gabe», azaldu du Melnikovek. “Bizitza pausan jartzea luxua da”.
Baita seguru mota bat ere populazio mailan. Zelula batzuek lozorro egoera bilatzen dute ingurunean aldaketak detektatuta eta horiei erantzuteko. Hala ere, bakterio askok estrategia estokastikoa erabiltzen dute. «Ausaz fluktuatzen duten inguruneetan, batzuetan, lozorro egoeran sartu ezean, populazio osoa desager liteke» hondamendiekiko ausazko topaketen ondorioz, azaldu du Lennonek. Are E. coli kultibo osasuntsu, alai eta hazkuntza arinekoenetan ere, zelulen % 5 eta % 10 artean inaktibo mantentzen dira. Horiek dira biziko direnak beren lehengusu aktiboago eta zaurgarriagoei zerbait gertatzen bazaie.
Zentzu horretan, lozorroa hondamendi globaletan bizirauteko estrategia da. Eta horregatik ari da Helena-Bueno hibernazioa ikertzen. Jakin nahi du zein espezie manten liratekeen egonkor klima-aldaketa gorabehera, zeintzuk izango luketen berreskuratzeko aukera, eta zein prozesu zelularrek —hala nola Balonek bultzatutako hibernazioa— lagun zezaketen horretarako.
Melnikovek eta Helena-Buenok espero dute Balonen deskubrimenduak eta haren ubikuitateak jendeari lagun diezaioten bizitzan garrantzitsua dena birplanteatzen. Guztiak inaktibatzen gara askotan, eta askok benetan gozatzen dugu egoera horretaz. «Bizitzaren herena ematen dugu lotan, baina ez dugu horri buruz hitz egiten», komentatu du Melnikovek. Lotan gaudenean galtzen ari garenaz kezkatu beharrean, Lurreko bizitza guztiarekin konektatzen gaituen prozesua dela pentsa dezakegu, Artikoko permafrostaren sakontasunean lotan dauden mikrobioekin ere bai.
Jatorrizko artikulua:
Dan Samorodnitsky (2024). Most Life on Earth Is Dormant, After Pulling an ‘Emergency Brake’, Quanta Magazine, 2024ko ekainaren 5a. Quanta Magazine aldizkariaren baimenarekin berrinprimatua.