ทฤษฎีที่ว่าจุลินทรีย์ ‘ตื่น’ จากการพักตัวสามารถ
ช่วยแก้ปริศนาทางวิทยาศาสตร์และปรับปรุงการควบคุมโรคได้อย่างไร Slava S. Epstein กล่าว การพักตัวเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ พืชและสัตว์หลายชนิดสามารถอยู่รอดได้ในฤดูหนาวด้วยวิธีนี้ จุลินทรีย์ที่สร้างสปอร์ใช้มันเพื่อความอยู่รอดเป็นเวลาหลายล้านปี แต่ชนิดพันธุ์ที่ไม่สร้างสปอร์ซึ่งประกอบขึ้นจากความหลากหลายของจุลินทรีย์ส่วนใหญ่ล่ะ
อย่างน้อยที่สุดในช่วงทศวรรษที่ 1920 จุลินทรีย์เหล่านี้ได้รับการสงสัยอย่างยิ่งว่ามีสถานะอยู่เฉยๆ แต่ภาพไม่ชัด การพักตัวเป็นเรื่องยากอย่างยิ่งที่จะแสดงให้เห็นโดยตรง พิสูจน์ได้อย่างแจ่มแจ้ง หรือแม้แต่การศึกษาในสายพันธุ์จุลินทรีย์ที่ไม่ก่อตัวเป็นสปอร์ แต่ทำไมมันจึงยากที่จะแตก?
คำตอบอาจง่าย: บางทีจุลินทรีย์เหล่านี้อาจมีกลไกการฟื้นคืนชีพที่แตกต่างจากที่เราคุ้นเคย แทนที่จะตื่นขึ้นตามสัญญาณของสิ่งแวดล้อม (เช่นเดียวกับพืช สัตว์ และสปอร์) จุลินทรีย์เหล่านี้อาจตื่นขึ้นแบบสุ่ม — แบบสุ่ม
ฉันนึกภาพสถานการณ์ที่ประชากรจุลินทรีย์ประกอบด้วยเซลล์ที่ทำงานอยู่และเซลล์ที่อยู่เฉยๆ เมื่อต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงด้านสิ่งแวดล้อมที่ไม่พึงประสงค์ เซลล์จำนวนมากขึ้นจะถูกชักนำเข้าสู่การพักตัวและเอาตัวรอดจากความท้าทาย เซลล์แต่ละเซลล์จะออกจากการพักตัวเป็นระยะอันเป็นผลมาจากเหตุการณ์สุ่มไม่บ่อยและโดยพื้นฐานแล้ว เช่น การเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีนควบคุมหลัก ฉันเรียกเซลล์ที่ตื่นขึ้นเช่นนี้ว่า ‘หน่วยสอดแนม’ หากอาการไม่เอื้ออำนวยยังคงมีอยู่ หน่วยสอดแนมก็ตาย หากหน่วยสอดแนมก่อตัวขึ้นภายใต้สภาวะที่เอื้ออำนวยต่อการเติบโต มันก็จะเริ่มต้นประชากรใหม่ ในบางสปีชีส์ หน่วยสอดแนมอาจใช้สารประกอบส่งสัญญาณกระตุ้นการเจริญเติบโตเพื่อปลุกประชากรที่เหลือที่อยู่เฉยๆ
ปลุกคนตาย
รูปแบบการฟื้นฟูที่ ‘ผิดปกติ’ ดังกล่าว ซึ่งแตกต่างจากจุลินทรีย์อื่นๆ และแตกต่างกับความคาดหวังทางวิทยาศาสตร์ จะมองข้ามได้ง่าย นักวิจัยอาจเห็นหลักฐานบางอย่างของเหตุการณ์การฟื้นคืนชีพ แต่ด้วยลักษณะสุ่มของเหตุการณ์ดังกล่าว ไม่สามารถทำซ้ำผลกระทบในการทดลองต่อไปได้ ดังนั้นจึงทิ้งผลในเชิงบวกที่ถูกต้องตามกฎหมาย อีกทางหนึ่ง นักวิจัยที่พยายามจะฟื้นฟูจุลินทรีย์ที่อยู่เฉยๆ อาจพบว่าตัวเองพยายามปลุกเซลล์ที่ตายแล้วโดยบังเอิญและไร้ประโยชน์มากกว่าที่จะปลุกเซลล์ที่ตายแล้ว ดังนั้นจึงให้ผลลบที่ผิดพลาด
ทฤษฎีลูกเสือช่วยอธิบายการกลับเป็นซ้ำ
ของโรคโดยบังเอิญอย่างเห็นได้ชัด เช่น กับวัณโรค สมมติว่าเซลล์ที่อยู่เฉยๆจำนวนน้อยสามารถหลบหนีทั้งระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์และการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะ (ยาปฏิชีวนะในปัจจุบันกำหนดเป้าหมายไปที่เซลล์ที่กำลังเติบโตอย่างแข็งขันเป็นหลัก) ความเป็นไปได้ที่จะเกิดโรคซ้ำนั้นพิจารณาจากความสมดุลระหว่างการสร้างหน่วยสอดแนมและความสามารถของระบบภูมิคุ้มกันในการกำจัดลูกหลานของหน่วยสอดแนม เมื่อเชื้อโรคสำเร็จ ผู้สังเกตจะมีอาการกำเริบซ้ำเป็นเหตุการณ์สุ่ม
หากนี่เป็นวิธีการทำงานของจุลินทรีย์อย่างแท้จริง ก็มีความหมายที่สำคัญ หากทราบกลไกระดับโมเลกุลของการก่อตัวของลูกเสือ นักวิจัยอาจคิดค้นวิธีที่จะทำให้มีความถี่น้อยลง ซึ่งอาจจะทำให้ประชากรอยู่เฉยๆ อย่างถาวรและไม่เป็นอันตราย อีกทางหนึ่ง พวกเขาสามารถปลุกเซลล์ที่อยู่เฉยๆ ทั้งหมดให้กลายเป็นหน่วยสอดแนม และให้ยาในขณะที่พวกมันทำงานและมีความเสี่ยง
โมเดลลูกเสือยังได้กำหนดลักษณะของ ‘persisters’ ขึ้นใหม่ ซึ่งเป็นเซลล์ส่วนเล็กๆ ที่ทนทานต่อยาปฏิชีวนะที่มีความเข้มข้นสูงอย่างน่าประหลาดใจ และยังมีลักษณะทางพันธุกรรมที่เหมือนกันกับเซลล์ที่อ่อนแอ (ตรงกันข้ามกับการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่อาจดื้อต่อยาปฏิชีวนะที่ให้มา) ทฤษฎีก่อนหน้านี้ได้เสนอว่าประชากรจุลินทรีย์มีเซลล์ที่อยู่เฉยๆ เฉพาะเจาะจงที่รอดพ้นจากความท้าทายของยาปฏิชีวนะและเติบโตเมื่อความท้าทายถูกกำจัดออกไป อย่างไรก็ตาม ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าเซลล์ที่คงอยู่ดังกล่าวอาจอยู่เฉยๆ อย่างเพียงพอที่จะไม่แบ่งกลุ่มประชากรที่กำลังเติบโตในช่วงเวลาก่อนการท้าทายได้อย่างไร จากนั้นภายใต้สภาวะที่เหมือนกันหลังจากการท้าทาย จะมีความกระฉับกระเฉงเพียงพอที่จะก่อตัวเป็นอาณานิคม
แบบจำลองของฉันสันนิษฐานว่าสระของเซลล์ที่อยู่เฉยๆ ที่รอดชีวิตจากขนานยาปฏิชีวนะนั้นมีขนาดใหญ่กว่ากลุ่มของผู้คงอยู่ในปัจจุบันที่คิดว่าจะอยู่รอดได้อย่างมาก เซลล์ที่อยู่เฉยๆเหล่านี้จะมองไม่เห็นอย่างมีประสิทธิภาพสำหรับนักวิจัยเนื่องจากเซลล์ไม่เติบโต และถูกมองข้ามหรือถูกมองว่าตายไปแล้ว หากเซลล์ที่อยู่เฉยๆนี้ยังคงสร้างหน่วยสอดแนมแบบสุ่มจำนวนเล็กน้อย ทั้งก่อน ระหว่าง และหลังการทดสอบยาปฏิชีวนะ ผลลัพธ์ก็สมเหตุสมผล ด้วยเหตุนี้ผู้รอดชีวิตจึงเป็นหน่วยสอดแนมที่สร้างขึ้นโดยกลุ่มผู้รอดชีวิตที่แท้จริงและถูกเพิกเฉย
ลูกเสือเอาตัวรอด
การพักตัวและการสร้างลูกเสือแบบสุ่มสามารถช่วยอธิบาย ‘ความผิดปกติในการนับจำนวนแผ่นใหญ่’ ได้ นั่นคือ ความเหลื่อมล้ำอย่างน่าทึ่งระหว่างจำนวนเซลล์ที่สูงในตัวอย่าง และจำนวนเซลล์จำนวนน้อยที่เซลล์เหล่านี้ก่อตัวในหลอดทดลอง สิ่งนี้ถูกพบครั้งแรกในช่วงปลายทศวรรษ 1800 ทำให้เนื้อหานี้เป็นปริศนาทางจุลชีววิทยาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขที่เก่าแก่ที่สุด
ตัวอย่างสิ่งแวดล้อมมีสัตว์อยู่หลายหมื่นชนิด ซึ่งส่วนใหญ่มีเซลล์เพียงไม่กี่เซลล์ต่อประชากร ความอุดมสมบูรณ์ต่ำ
เครดิต jammeeguesthouse.com jamesgavette.com jamchocolates.com tjameg.com ajamdonut.com
