van Gestel, Jordi

English

Een populatie van bacteriën wordt vaak gezien als een verzameling van cellen die min of meer hetzelfde simpele gedrag vertonen. Door een combinatie van experimenten en theorie laat ik zien dat deze kijk op bacteriën te simplistisch is. Bacteriële populaties zijn sterk gestructureerd. Cellen kunnen zich zowel in de ruimte als over tijd organiseren en daarbij verschillende celtypen tot expressie brengen. Deze celtypen gaan vaak complexe interacties met elkaar aan. In één van mijn experimenten laat ik bijvoorbeeld zien dat cellen een hoge mate van samenwerking kunnen bereiken. Dit is mogelijk doordat de groei dynamiek van de kolonie de samenwerkende cellen beschermt tegen eventuele valsspelers die misbruik maken van de samenwerking. Ik laat ook zien dat cellen taken verdelen. Sommige cellen worden bijvoorbeeld geholpen door andere cellen om over een grote afstand te migreren, hierdoor kunnen deze cellen ontsnappen aan een tekort aan voedsel. Bacteriële cellen zijn zelfs in staat een gokje te wagen. Wanneer het onduidelijk is wat er in de toekomst gaat gebeuren, kunnen bacteriën het risico spreiden door verschillende celtypen te vormen, ieder van deze celtypen is voorbereidt op een andere toekomst. Door middel van theoretische modellen bestudeer ik ook hoe de regulatie netwerken, die cel differentiatie reguleren, evolueren over tijd. Deze modellen tonen aan dat de regulatie netwerken in belangrijke mate bepalen hoe cellen evolueren. Onze kennis over deze regulatie netwerken is daarom van groot belang om te bepalen of en hoe organismen zich kunnen passen aan nieuwe condities.A population of bacteria is often viewed as a collection of cells that express more or less the same simple behavior. Using a combined experimental and theoretical approach, I show that this view is too simplistic. Bacterial populations are in fact highly structured. Cells organize themselves in both time and space and express many different cell types, which often engage in complex interactions. For example, in one of my experiments I show that bacterial cells can achieve high levels of cooperation. This is possible because the bacterial growth dynamics shields the cooperating cells from potential free-riders. I also show that cells can exhibit division of labor. Some cells facilitate the long-range migration of other cells, allowing them to escape food deprivation. Bacterial cells can even gamble. When the environmental future is uncertain, bacteria can spread the risk by developing a mixture of cell types, each of which is adapted to another future environment. Using mathematical models, I also study how the regulatory mechanisms underlying cell differentiation evolve. This analysis reveals that the evolution of a single cell type can shape the whole life cycle of a bacterium, in which cells alternate between living in a colony and dispersal. The models also show that knowledge of the regulatory machinery of a cell is crucial for understanding evolution and, in particular, the capacity of cells to adapt to novel environments

Proceedings - University of Groningen

The evolution of bacterial cell differentiation and multicellular organization

https://pure.rug.nl/ws/files/30789019/Chapter_4.pdf

The evolution of bacterial cell differentiation and multicellular organization

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Proceedings - University of Groningen