Bacteriën zijn eenvoudige organismen die dezelfde DNA-sequentie delen. Toch kunnen ze een breed scala aan gedrag vertonen. Biofysicus Fotios Avgidis onderzocht hoe en waarom dat kan.
Avgidis en zijn collega's ontdekten dat dat bacteriën de variatie in genexpressie (of "ruis”) inzetten om zich beter aan te passen aan een breed scala aan omgevingen. Met een combinatie van experimenten en wiskundige modellen laten ze zien dat deze moleculaire ruis de waargenomen gedragsvariatie bij bacteriën kan verklaren. Deze variatie stelt bacteriën in staat om van tevoren aangepast te zijn aan mogelijke toekomstige omgevingen.
Zelforganisatie nabij een kritisch punt
De onderzoekers ontdekten daarnaast dat bacteriële chemoreceptoren – grote eiwitten die verantwoordelijk zijn voor het detecteren van omgevingssignalen – zichzelf organiseren nabij een kritisch punt, de grens tussen orde en chaos. Door dicht bij dit kritische punt te opereren, kunnen bacteriën hun gevoeligheid voor signalen maximaliseren en tegelijkertijd hun reactietijd minimaliseren.
Chemotherapie en antibiotica
Deze kennis kan van pas komen in het behandelen van ziektes, die vaak ontstaan door de aanwezigheid van uitschieters. Denk aan kankercellen die chemotherapie ontwijken of bacteriën die resistent zijn tegen antibiotica.
"Door de bronnen van diversiteit in biologisch gedrag te begrijpen, kunnen we effectievere strategieën ontwikkelen om deze uitschieters aan te pakken", zegt Avgidis. “Zo kunnen we chemotherapiemedicijnen en antibiotica ontwerpen ontwerpen die specifiek gericht zijn op deze zeldzame, veerkrachtige cellen.”
Avgidis verdedigt zijn proefschrift op 6 juni.