Globalizált korlátok az élet minden szintjén
Az új elmélet szerint, amelyet Hatakeyama Tetsuhiro és Yamagishi Jumpei dolgoztak ki, az összes élő sejt növekedését egy globális korlátozó elv irányítja. Ez a megközelítés szakít az 1940-es évek óta használt Monod-egyenlettel, amely szerint a növekedési ütemet mindig csak egyetlen tápanyag korlátozza egyszerre. A valóságban viszont a sejtekben több ezer biokémiai folyamat zajlik egyidejűleg, és ezek mind versengenek a szűkös belső erőforrásokért.
Mégis, amikor az egyik akadály – például egy tápanyaghiány – megszűnik, rögtön felbukkan egy másik korlát: lehet az enzimtermelés, a sejttérfogat vagy éppen a membrán felülete. Így a sejtnövekedést nemcsak egyetlen tápanyag egyszerű gátlása, hanem egy összetett, folyamatosan változó akadályrendszer befolyásolja.
Lépcsőzetes hordó, lépcsős korlátok
Hatakeyamáék elmélete két klasszikus biológiai növekedési szabály, a Monod-egyenlet és Liebig minimumtörvényének ötvözésével született meg. Liebig elmélete szerint egy szervezet növekedése a legrövidebb, azaz leginkább hiányzó tápanyagtól függ, hiába áll minden másból bőség. Az új modell ezt egészíti ki az úgynevezett „lépcsőzetes hordó” koncepcióval, ahol a sejtek növekedésének folyamata során újabb és újabb akadályok bukkannak fel – minden egyes tápanyag hozzáadásával a hozadék egyre kisebb lesz.
A kutatók E. coli baktériumokon végzett számítógépes szimulációval igazolták elméletüket. Meglepő pontossággal előre jelezték, mikor lassul le a növekedés, miközben folyamatosan nő a tápanyag mennyisége. Sőt, a levegő oxigén- és nitrogénszintjének emelése is pontosan a várt módon befolyásolta az eredményeket. Laboratóriumi vizsgálatok is megerősítették az új növekedési modell helytállóságát.
Gyakorlati következmények: biotechnológiától az ökológiáig
A globális korlátozó elv számos alkalmazási lehetőséget nyit meg. A növekedési korlátok pontosabb ismerete jelentősen növelheti a biotechnológiai gyártás hatékonyságát, és a megfelelő tápanyag-menedzsment révén növelhetők a terméshozamok például a mezőgazdaságban. Ezen túlmenően erősebb, valósághűbb ökológiai modellek készülhetnek, amelyek segítik előre jelezni az egész élővilág reagálását a klímaváltozásra.
Mindezt figyelembe véve az új univerzális szabály nemcsak molekuláris sejtszinten, hanem az egész bioszféra működésének megértésében is áttörést hozhat. A kutatások folytatásával egyre közelebb kerülünk ahhoz, hogy az élet növekedésének határait egységes keretbe foglaljuk, függetlenül attól, mikor, hol és milyen szervezetnél vizsgáljuk azokat.
