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Lexikon der Biologie: Fluktuationstest

Fluktuationstest, ein von S. Luria und M. Delbrück bereits 1943 entwickelter Test zum Nachweis der zufälligen und ungerichteten Natur spontaner Mutationen unabhängig von der Gegenwart eines selektierenden Mittels. Der Fluktuationstest beruht auf der Vorstellung, daß sich in jeder einzelnen Zelle einer logarithmisch wachsenden Bakterienzellkultur (mikrobielles Wachstum) mit einer geringen Wahrscheinlichkeit eine spontane Mutation ereignen kann, die z.B. zur Entstehung von Resistenz gegen ein Antibiotikum (Antibiotika-Resistenz) führt. Wird zu einem Zeitpunkt nach der Mutation das Antibiotikum als selektierendes Mittel zugesetzt, werden sich nur diejenigen Zellen weiter teilen, die in der Zeit zwischen dem Mutationsereignis und der beginnenden Selektion aus der ursprünglich mutierten Zelle hervorgegangen sind. Dies werden viele Zellen sein, wenn sich innerhalb des Wachstums einer Bakterienkultur die betrachtete Mutation früh ereignet, es werden weniger Zellen sein, wenn sie sich spät ereignet hat. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer spontanen Mutante und somit vieler mutationstragender Nachkommen ist aufgrund der geringen Zellzahlen in einem frühen Stadium des Wachstums der Kultur gering. Die Wahrscheinlichkeit erhöht sich jedoch mit der Zeit und der ansteigenden Zellzahl, führt dann aber bis zum Untersuchungszeitpunkt zu nur wenigen mutationstragenden Nachkommen. Werden nun innerhalb des Fluktuationstests sehr viele identische Bakterienkulturen angelegt und nach einigen Stunden Wachstum hieraus Proben mit gleichen Zellzahlen auf Agarplatten mit selektierendem Antibiotikum aufgebracht, so werden sich auf den meisten Platten keine Kolonien bilden, da in der Kultur keine Mutation zur Resistenz eingetreten ist. Proben aus manchen Kulturen jedoch werden zu einigen resistenten Kolonien führen, da sich durch die späte Mutation einer Zelle einige resistenztragende und koloniebildende Tochterzellen entwickeln konnten. Bei den Proben aus nur sehr wenigen Kulturen werden sich viele resistente Kolonien bilden, die aus den vielen Tochterzellen einer früh mutierten Zelle hervorgegangen sind. Die große Fluktuation der Zahlen in diesem Test (viele Kulturen ohne Mutation, sehr wenige mit frühen Mutationen und daher vielen mutationstragenden Tochterzellen) entspricht den Erwartungswerten der mathematischen Behandlung des Problems spontaner, ungerichteter Mutationen. Auch die Vorstellung einer Anpassung an das selektierende Mittel im Sinne Lamarcks wird widerlegt, da alle Proben gleich viele Zellen umfassen und die Zellen eine identische Zeitspanne mit dem Antibiotikum in Berührung sind. Bei einer Anpassung an das selektierende Agens sollten also alle Kulturen gleich viele resistente Kolonien hervorbringen, was jedoch nicht zu beobachten ist.

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