Luria-Delbrück-eksperimentet: Bevis for tilfældige bakteriemutationer

Opdag hvordan Luria-Delbrück-eksperimentet fra 1943 beviste, at bakteriemutationer opstår tilfældigt — grundlag for moderne evolutionsteori og Nobelprisbelønnet forskning.

Luria-Delbrück-eksperimentet fra 1943, også kaldet fluktuationstesten, stillede det grundlæggende spørgsmål: Er mutationer uafhængige af naturlig udvælgelse, eller opstår de som en direkte reaktion på udvælgelsespres? Max Delbrück og Salvador Luria viste ved eksperimentelle undersøgelser, at DNA-mutationer i bakterier opstår tilfældigt og ofte før selektionstrykket virker. Det betyder, at mutationerne ikke er målrettede svar på et bestemt miljø, men opstår løbende, hvorpå udvælgelsen virker ved at favorisere de resistente varianter.

Hvordan eksperimentet fungerede

Grundideen var enkel, men statistisk krævende. Delbrück og Luria arbejdede med bakteriekulturer og et dødbringende virus (bakteriofag). De sammenlignede to hypoteser:

• Induceret mutation: Mutationer fremkaldes af udvælgelsen (f.eks. eksponering for et virus), så alle kulturer skulle få omtrent samme antal resistente celler — fordelingen skulle være tæt omkring gennemsnittet (Poisson-lignende).
• Tilfældig, præ-eksisterende mutation: Mutationer opstår løbende i de voksende kulturer før udsættelse for udvælgelse. Det giver stor variation mellem separate kulturer: nogle få får mange resistente afkom (såkaldte "jackpot"-kulturer), andre få eller ingen.

De udførte mange uafhængige kulturer, lod dem vokse uden selektionspres og udsatte dem derefter for virus. Resultatet viste en stor variation i antallet af resistente kolonier mellem kulturerne — langt større end forventet ved en induceret-mutations-model. Statistisk set var variansen meget større end middelværdien, hvilket stemte med den tilfældige præ-eksisterende mutationsteori.

Vigtige begreber og resultater

• Fluktuation (stor varians): Få kulturer kan få mange mutanter (jackpot), hvilket peger på, at mutationer opstod tidligt i vækstperioden og efterfølgende blev klonet.
• Statistisk test: Sammenligning af varians og gennemsnit var nøglen til at skelne mellem de to hypoteser.
• Konklusion: Mutationer i bakterier er i høj grad tilfældige med hensyn til tidspunktet og opstår før selektionspresset.

Betydning og eftermæle

Resultatet havde stor betydning for genetik og evolutionsbiologi: det understøttede Darwins idé om, at Darwins naturlig udvælgelse virker på tilfældig variation — også i mikroorganismer. Eksperimentet var med til at etablere bakterier som et vigtigt materiale i genetisk forskning og bidrog til udviklingen af moderne molekylærbiologi.

Senere arbejde, f.eks. replica plating (Lederberg & Lederberg, 1952), bekræftede også, at resistens ofte eksisterer i populationen før udsættelse for selektion. Der er siden identificeret mekanismer, hvor stress kan øge omsætningshastigheden af mutationer eller påvirke mutagene repair-processer, men disse mekanismer betyder ikke, at mutationer er målrettet rettet mod et givet behov — hovedresultatet fra Luria og Delbrück står stadig fast: mutationer er grundlæggende tilfældige med hensyn til deres selektive konsekvenser.

For deres arbejde med virusers replikation og genetiske struktur — herunder bidrag som Luria-Delbrück-eksperimentet — modtog Max Delbrück, Salvador Luria og Alfred Hershey Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1969.

Søg efter bogstav