Ons immuunsysteem bestaat uit een complex netwerk van cellen, chemicaliën en eiwitten die ons beschermen tegen ziekten en vreemde indringers. Een van de belangrijkste onderdelen van ons immuunsysteem is het vermogen van witte bloedcellen om zich snel te vermenigvuldigen wanneer ze met een bedreiging worden geconfronteerd, zoals een bacteriële infectie. Te veel van deze natuurlijke immuunrespons kan leiden tot auto-immuunziekten, terwijl te weinig kan leiden tot chronische ziekten of sepsis.

Om de mechanismen die ten grondslag liggen aan deze immuunrespons beter te begrijpen, hebben onderzoekers van de Tokyo University of Science, in samenwerking met het RIKEN Center for Sustainable Resource Science en de Universiteit van Tokyo, een bacteriesoort bestudeerd die van nature oscilleert in populatiegrootte – een gedrag dat vergelijkbaar is met dat van van witte bloedcellen in onze bloedsomloop.

De onderzoekers ontdekten dat de bacteriepopulatie in staat was een stabiel oscillerend evenwicht te handhaven zonder de noodzaak van complexe regulerende mechanismen. Ze gebruikten wiskundige modellen om aan te tonen hoe de bacteriën dit konden bereiken door een balans te vinden tussen positieve en negatieve feedbacklussen.

Dit onderzoek biedt waardevol inzicht in hoe ons lichaam in staat is de homeostase te handhaven en populatie-explosies van immuuncellen te voorkomen. Het heeft ook implicaties voor het begrijpen en behandelen van kanker, die wordt gekenmerkt door de ongecontroleerde groei van cellen. Door een beter begrip te krijgen van hoe ons lichaam op natuurlijke wijze de celgroei reguleert, kunnen onderzoekers mogelijk effectievere behandelingen voor kanker en andere ziekten ontwikkelen.

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Hiroaki Kashiwagi van de Tokyo University of Science, concentreerde zich op een bacteriesoort genaamd *Caulobacter crescentus*. Deze bacterie schommelt van nature qua populatiegrootte, waarbij het aantal cellen in de loop van de tijd in een voorspelbaar patroon toeneemt en afneemt.

De onderzoekers gebruikten wiskundige modellen om de mechanismen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan deze populatie-oscillaties. Ze ontdekten dat de bacteriën dit konden bereiken door een evenwicht te vinden tussen positieve en negatieve feedbacklussen.

Positieve feedbacklussen ontstaan ​​wanneer een toename van een bepaalde variabele leidt tot een verdere toename van die variabele. In het geval van *C. crescentus* leidt de groei van de bacteriepopulatie tot een toename van de productie van een hormoon dat quorum sensing factor wordt genoemd. Dit hormoon stimuleert vervolgens de verdere groei van de bacteriepopulatie.

Negatieve feedbacklussen ontstaan ​​wanneer een toename van een bepaalde variabele leidt tot een afname van die variabele. In het geval van *C. crescentus* leidt de groei van de bacteriepopulatie tot een toename van de productie van een eiwit genaamd Hfq. Dit eiwit remt vervolgens de productie van de quorum-sensingfactor, wat op zijn beurt de groei van de bacteriepopulatie vertraagt.

De onderzoekers ontdekten dat de balans tussen deze positieve en negatieve feedbackloops ervoor zorgde dat de bacteriepopulatie een stabiel oscillerend evenwicht kon handhaven zonder de noodzaak van complexe regulerende mechanismen.

Dit onderzoek biedt waardevol inzicht in hoe ons lichaam in staat is de homeostase te handhaven en populatie-explosies van immuuncellen te voorkomen. Het heeft ook implicaties voor het begrijpen en behandelen van kanker, die wordt gekenmerkt door de ongecontroleerde groei van cellen. Door een beter begrip te krijgen van hoe ons lichaam op natuurlijke wijze de celgroei reguleert, kunnen onderzoekers mogelijk effectievere behandelingen voor kanker en andere ziekten ontwikkelen.

De bevindingen van het onderzoeksteam werden gepubliceerd in het tijdschrift *Physical Biology*.