Δεξιοτέχνες στο καμουφλάζ
Ακραίο κοντινό πλάνο της υφής των ματιών και του δέρματος χταποδιού, μακρο υποβρύχια φωτογραφία. (Φίλιπ Θέρστον/Getty Images).
Οι επιστήμονες αναδημιουργούν σπάνια χρωστική ουσία πίσω από τις «υπερδυνάμεις» του χταποδιού.
Τα χταπόδια και άλλα κεφαλόποδα είναι δεξιοτέχνες στο καμουφλάζ , κυρίως χάρη στο δέρμα που αλλάζει χρώμα και μπορεί να τα βοηθήσει να εξαφανίζονται φαινομενικά στο βάθος. Τώρα, οι ερευνητές αναφέρουν ένα μεγάλο βήμα προς την αναδημιουργία της υπερδύναμής τους.
Μια ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο κατάφερε να παράγει μαζικά μια βασική χρωστική ουσία, την ξανθοματίνη, η οποία υπάρχει στο ψυχεδελικό δέρμα πολλών κεφαλόποδων. Μέχρι τώρα, η ξανθοματίνη έχει αποδειχθεί μη πρακτική στη συλλογή από ζώα ή στην παρασκευή της σε εργαστήριο.
Τεχνικά, οι ερευνητές δεν κατασκεύασαν τη χρωστική ουσία. Δημιούργησαν βιοτεχνολογικά βακτήρια για να την παρασκευάσουν, πείθοντας τα μικρόβια όχι μόνο να παράγουν αυτή τη σπάνια ουσία, αλλά και να το κάνουν με πρωτοφανή αποτελεσματικότητα, αποδίδοντας έως και 1.000 φορές περισσότερη ξανθοματίνη από τις προηγούμενες μεθόδους.
Η ευκολότερη πρόσβαση στην ξανθοματίνη θα μπορούσε να βοηθήσει τις προσπάθειες μελέτης καμουφλάζ των κεφαλόποδων, ρίχνοντας ενδεχομένως νέο φως σε αυτό το θαύμα της φύσης - και προσφέροντας ενδείξεις που θα μας βοηθήσουν να τη μιμηθούμε .
Πέρα από την ενίσχυση της αναζήτησης της ανθρωπότητας για τις δυνάμεις των χταποδιών, η νέα μελέτη έχει επίσης επιπτώσεις στην αυξανόμενη κατανόησή μας για την μικροβιακή παραγωγή. Εάν τα βακτήρια μπορούν να πειστούν με παρόμοιο τρόπο να παράγουν άλλες χημικές ουσίες , αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντικές αναβαθμίσεις από τις τρέχουσες βιομηχανικές πρακτικές.
«Έχουμε αναπτύξει μια νέα τεχνική που έχει επιταχύνει τις δυνατότητές μας να κατασκευάζουμε ένα υλικό, στην προκειμένη περίπτωση την ξανθοματίνη, σε ένα βακτήριο για πρώτη φορά», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας Μπράντλεϊ Μουρ, θαλάσσιος χημικός στο Scripps Oceanography και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο.
«Αυτή η φυσική χρωστική ουσία είναι που δίνει σε ένα χταπόδι ή ένα καλαμάρι την ικανότητά του να καμουφλάρεται - μια φανταστική υπερδύναμη - και το επίτευγμά μας να προωθήσουμε την παραγωγή αυτού του υλικού είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου», λέει ο Moore .
«Χρειαζόμασταν μια εντελώς νέα προσέγγιση για να αντιμετωπίσουμε αυτό το πρόβλημα», λέει η επικεφαλής συγγραφέας Λία Μπούσιν, η οποία ηγήθηκε της μελέτης στο Εργαστήριο Moore στο Scripps Oceanography.
«Ουσιαστικά, βρήκαμε έναν τρόπο να ξεγελάσουμε τα βακτήρια ώστε να παράγουν περισσότερο από το υλικό που χρειαζόμασταν».
Τα βακτήρια είναι πρακτικοί οργανισμοί και δεν τους αρέσει να σπαταλούν τους πενιχρούς πόρους τους κατασκευάζοντας προϊόντα που δεν είναι απολύτως απαραίτητα για την επιβίωσή τους.
Έτσι, η Μπουσίν και οι συνάδελφοί της έκαναν στα βακτήρια μια προσφορά που δεν μπορούσαν να αρνηθούν. Δημιούργησαν γενετικά «άρρωστα» κύτταρα, τα οποία μπορούσαν να αναπτυχθούν μόνο αν συνέχιζαν να παράγουν δύο ενώσεις: ξανθομματίνη και μυρμηκικό οξύ.
Το τελευταίο χρησίμευε ως καύσιμο, και επειδή ένα βακτήριο παρήγαγε ένα μόριο μυρμηκικού οξέος για κάθε νέο μόριο χρωστικής, είχε αρκετό καύσιμο για να αναπτυχθεί - αρκεί να παρήγαγε χρωστική. Αυτός ο βρόχος ανατροφοδότησης στη συνέχεια συντηρούσε την εντατική παραγωγή χρωστικής.
Βακτήρια που παράγουν ξανθοματίνη σε τρυβλίο Petri στο εργαστήριο. ( Leah Bushin/Scripps Oceanography ).
«Το κάναμε έτσι ώστε η δραστηριότητα μέσω αυτής της οδού, της παραγωγής της ένωσης που μας ενδιαφέρει, να είναι απολύτως απαραίτητη για τη ζωή», λέει ο Μπουσίν . «Εάν ο οργανισμός δεν παράγει ξανθοματίνη, δεν θα αναπτυχθεί».
Η τεχνική απέδωσε έως και 3 γραμμάρια χρωστικής ανά λίτρο του μέσου. Αυτό δεν ακούγεται πολύ, αλλά είναι πολύ υψηλότερο από τα 5 χιλιοστόγραμμα ανά λίτρο που θα παίρνατε από άλλες μεθόδους, λέει η ομάδα.
Μόλις δημιουργήθηκαν οι συνθήκες, η ομάδα δεν χρειάστηκε να περιμένει πολύ για τα αποτελέσματα.
«Ήταν μια από τις καλύτερες μέρες μου στο εργαστήριο», λέει η Μπούσιν . «Είχα οργανώσει το πείραμα και το άφησα όλη τη νύχτα. Όταν ήρθα το επόμενο πρωί και συνειδητοποίησα ότι λειτούργησε και ότι παρήγαγε πολλή χρωστική, ενθουσιάστηκα. Στιγμές σαν κι αυτή είναι ο λόγος που ασχολούμαι με την επιστήμη».
Εκτός από τον βρόχο ανατροφοδότησης που καθοδηγεί αυτή τη στρατηγική, οι ερευνητές βελτιστοποίησαν τις δημιουργίες τους με προσαρμοστική εργαστηριακή εξέλιξη και χρησιμοποίησαν εργαλεία βιοπληροφορικής για να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα και να ενδυναμώσουν τα μικρόβια ώστε να συνθέτουν χρωστικές ουσίες από μία μόνο πηγή θρεπτικών συστατικών, όπως η γλυκόζη.
Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν δραματικές δυνατότητες για αυτήν την ιδέα, λέει ο συν-συγγραφέας Adam Feist, βιοϊατρικός μηχανικός στο UC San Diego.
«Αυτό το έργο δίνει μια ματιά σε ένα μέλλον όπου η βιολογία επιτρέπει τη βιώσιμη παραγωγή πολύτιμων ενώσεων και υλικών μέσω προηγμένου αυτοματισμού, ενσωμάτωσης δεδομένων και υπολογιστικά καθοδηγούμενου σχεδιασμού», λέει ο Feist .
«Εδώ, δείχνουμε πώς μπορούμε να επιταχύνουμε την καινοτομία στη βιοπαραγωγή, φέρνοντας σε επαφή μηχανικούς, βιολόγους και χημικούς χρησιμοποιώντας μερικές από τις πιο προηγμένες τεχνικές μηχανικής στελεχών για την ανάπτυξη και βελτιστοποίηση ενός νέου προϊόντος σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα».
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature Biotechnology .
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα sciencealert
Growth-coupled microbial biosynthesis of the animal pigment xanthommatin
Leah B. Bushin, Tobias B. Alter, María V. G. Alván-Vargas, Lara Dürr, Elina C. Olson, Mariah J. Avila, Daniel C. Volke, Òscar Puiggené, Taehwan Kim, Leila F. Deravi, Adam M. Feist, Pablo I. Nikel & Bradley S. Moore
https://www.nature.com/articles/s41587-025-02867-7
https://www.sciencealert.com/scientists-recreate-rare-pigment-behind-octopus-superpowers