Hack se ne sviđa, čak i među jednostaničnih

Njegova plavkasti sjaj lignje vezane bakterije živem točkastih ustrojaka (svjetlosna tijela) na koži. S obzirom na činjenicu da su članovi kolonije su u stanju kolektivnog ponašanja, intenzitet tog zračenja ne ovisi o broju bakterija. Foto: William Ormerod / ljubaznošću Margaret McFall-Ngai / UW-Madison University komunikacije


Čini se da je za vrijeme koje su ljudi proučavanje bakterija, mikroorganizama znanstvenici otkrili sve njihove tajne - jer ne možete mnogo sakriti pod mikroskopom objektiv. Sve do nedavno, bakterije su vidjeli kao jednostavne, primitivne stvorenja, vodeći monoton, dosadan život. Prema pisanju francuskog genetičar François Jacob (Fran OIS Jakov), Jedina svrha postojanja bakterija - grubo je proizveden svoje vrste. Nedavne studije, međutim, pokazuju da je život bakterija mnogo je zasićen. Oni komuniciraju jedni s drugima, „seks”, pa čak i kombinirati u grupe i prosvjeda protiv nas, ljudi.

kvorum očitavanje

Prvo otkriće je napravio u ranim 60-ih godina na području društvenog života, i došao u koloniju bakterija sjaji bakterija Vibrio fischeri. Te bakterije koloniziraju lignje tijelo, živi u plićaku oko havajskim otocima. Tijekom vrućeg dana odmaranja lignje, zakopan u pijesku na dnu mora, a noću u lov. Na mjesečini, tamno tijelo lignje postaje vidljiv na predatora, ali bakterije koje pokrivaju kožu lignje, proizvesti plavkasti sjaj, poput mjesečine. To je vrsta maskirati.

Mikrobiolog Woodland Hastings (Woodland Hastings) Vidio sam nevjerojatnu stvar. Colonia Vibrio fischeri u zidovima laboratorija udvostručila broj svojih svakih dvadeset minuta, ali je broj svjetlosnog pigmenta - luciferaza - Ostani na razini radnih mjesta za mnoge sate. Dakle, intenzitet svjetlosti ne ovisi o broju. Tek kad se bakterije kolonija raste prevelika, iznos luciferaze počela rasti slabi.

Kako bakterije znati koliko proizvoditi pigment? Znanstvenici postalo jasno da su bakterije u stanju procijeniti broj članova kolonije, te djelovati na to. To je sposobnost bakterije da djeluju kolektivno naziva „kvorum očitavanje” (kvorum očitavanje). Dr Hastings podcijeniti svoje otkriće, vjerujući da je „kvorum očitavanje” pripada samo morske bakterije, može samo Vibrio fischeri. Hastings učenik Kenneth Nielson (Kenneth Nealson) Pokušao nekoliko puta objaviti rad u znanstvenim časopisima u mikrobiologiji, gdje je pisao o komunikaciji između bakterija Vibrio fischeri. Publikacija je odbio jer je mislio da bakterije nisu društvene.

Danas, međutim, proučavanje svijeta bakterija nije bez istraživanja u međustanične komunikacije, a pojam „kvorum očitavanje” je postao jedan od temeljnih pojmova moderne mikrobiologije.

U foto mikroskopu iz akumulacije bakterija Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) na botriomikoze. Foto: CDC / Dr. Lucille K. George


Tako, za bakterije Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) uzrokuje zaraznih bolesti ljudi, je pokazao sposobnost za povezivanje zajednicu - biofilm. Kod ljudi, bakterije su bili izloženi napadima od strane imunološkog sustava stanica - bijelih krvnih stanica. Pronalaženje približan bijelih krvnih stanica, bakterija šalje signal upozorenja rođake, a zajedno su započeli proizvode više ramnolipidov, koji su vezani na površinu biofilma i uništiti leukocite. Kao rezultat toga, kolonija je zaštićen.

Isti fenomen je osnova rezistencije na antibiotike, kao i patogenezu fatalnih bakterijskih bolesti. Dakle, Staph (Staphylococcus aureus) napada tijelo nije u redu, jer je toksin proizvodnja od samo nekoliko stanica će potaknuti snažan imunološki odgovor. Očito, ima smisla čekati da se broj bakterija će značajno rasti, a zatim pokrenuti napad. U ovoj situaciji, ljudski imunološki sustav ne može potisnuti bakterijski napad i razviti opasne infekcije kože, mekih tkiva, kosti i zglobove.

Otkriće bakterijske komunikacije smiju razmotriti ne samo osnove mikrobiologije, ali i gleda na evoluciju života. S obzirom da su bakterije bile su prve stvorenja infesting zemlju, postaje jasno da je socijalna komunikacija ne nastaju u toku evolucije živih bića u kasnijim fazama, služila je kao temelj za uspješan razvoj života na našoj planeti.

Kako oni to učiniti?

Unutarstanične signalne u bakterijama je sada predmet intenzivnog istraživanja, jer ako ste naučili razumjeti „jezik” bakterija, moguće je pripitomljavanje mnogih bolesti. Za novu razmjenu znanja redovito Specijalizirani konferencija o bakterijskom međustanične signalizacije.

Signalne molekule u bakterijama su kemikalije. U stvari, to je prototip alarmni feromoni kod ljudi.

Profesor molekularne biologije Bonnie Bassler (Bonnie Bassler) Uvrštena je među svjetskim liderima na području bakterijske komunikacije. Proučava komunikaciju kolere (Vibrio cholerae). U divljini, kolera Vibrio je pronađen u vodama, i ljudski probavni trakt pruža alternativni ugodan okoliš.

Svaki molekule bakterijske stanične signalne proizvodi - autoinducers (CAI-1 i AI-2). Receptori na površini bakterijske stanice su u stanju uočiti prisutnost autoinducer. Na autoinducers niske gustoće populacije nedovoljno, a kao rezultat toga, aktivnost određenog gena hapR niska. Takvo stanje omogućava kolera aktivno povećanje populacije i tvore biofilm (biofilm). Pri visokim brojevima stanične autoinducers koncentracija povećava, što pojačava ekspresiju gena hapR i dovodi do stvaranja enzima - hemaglutinina proteaze. Ovaj enzim pomaže u pojedine stanice za izlaz iz biofilma oni lako mogu napustiti tijelo, a osoba postaje prodavač infekcije.

Oralne mikroflore normalno zastupa različitih vrsta bakterija. Karijes, parodontne bolesti i drugih bolesti nastaju kada poremećen mikrobiološku ravnotežu. Fotografije (Creative Commons licenca): Sherman Tan


Zanimljivo, čak i unutar populacije bakterijskih stanica, postoje neki pojedinci koji su „poput FreeBSD.” Te stanice su dio zajednice, pa uživaju povlastice, međutim, ne doprinose zajedničkom cilju. Mikrobiolog Martin Schuster (martin Schuster) Na Oregon State University (Oregon State University) Pokazala je da je prisutnost u stanovništvu „freeloaders” može biti prava tragedija. Uspješan razvoj i komunikacija bakterija Pseudomonas aeruginosa medij potrebno hranjivih bogate ugljikom. Nakon stotina generacija bakterija među njima je i skupina „amatere freebies” da ne reagira na uobičajene vanjske signale. U nizu odvojenih eksperimenata s povećanjem broja „hack”, primijetio usporavanje bakterijske populacije. Očigledno u divljini postoje specifični mehanizmi omogućiti kontrolirati reprodukciju „hack” i time štite populaciju cjelini.

Komunikacija u bakterijama višeznačan. To je kao kompleksan kao odnos između država. Jedan od najzanimljivijih i jedinstvenim primjerima - simbioza korisne bakterije u ustima ljudskih patogena koji uzrokuju neugodan miris i karijes. Mikroflore ljudskog usnoj šupljini ima pet stotina vrsta bakterija. Razvoj generacija bakterija određena je frekvencijom dnevnim oralnim postupaka higijene. Osim toga, svaki član zajednice bi trebao biti u stanju razlikovati „nas” od „autsajdera” razumjeti što biološki signali potječu iz sličnih bakterijama, a koji su nevažne i treba zanemariti. Kao zajednica, svaka vrsta bakterija mora odrediti njegovu veličinu i odgovoriti na promjene vanjske čimbenike. Ako je podešena ravnoteža poremećena, to rezultira u razvoju oralnih bolesti.

Intrigantna rezultati su pokazali skupinu znanstvenika sa Sveučilišta u Birminghamu (Sveučilište u Birminghamu). Jan Kreft (Jan Kreft) i njegovi kolege koristili su matematički model pokazao da je koncentracija autoinducer materije nije isti u bakterijske populacije. Tu bakterijske klasteri, koji su okruženi većom koncentracijom autoinducer od susjednih stanica. Deagle mikrobiolog Steve (Steve Diggle) uspješno razvio tu ideju pokazujući da bakterija u susjedstvu, često imaju zajedničkog pretka, pa su srodnici iste obitelji. Utvrđeno je da srodne stanice imaju sličan prag osjetljivosti autoinducer koja se razlikuje od drugih obitelji. Dakle, bakterije obitelj može doslovno „oglušiti” je ono što kažu susjedi.

Seks je dobar za zdravlje

Sve do nedavno, seks se smatra privilegija visoko organiziranih bića, dok bakterije su trebali ramnozhalis samo jednostavnu podjelu na dva dijela, u dvije nove stanice. Nobelovac Edward Tate (Edward Tatum) Sveučilište Yale (Sveučilište Yale) Pokazala da je bakterije mogu isprazniti. Međutim, to se događa samo po potrebi. Tako, linija bakterija Escherichia coli (Escherichia coli), normalno obitava ljudske crijeva se izloži X-zrakama. Ovo zračenje uništava DNK i uzrokuje mutacije s teškim posljedicama. Kao rezultat toga, uspjeli su izolirati dvije skupine bakterija.

Jedan od njih se ne može sintetizirati vitamine potrebne za život, u drugom poteškoća zove sinteza esencijalnih aminokiselina. Nakon miješanja dviju staničnih grupa uspjela dobiti sasvim normalno pojedinca. Ispostavilo se da je „neispravna” bakterije spojene kako bi se uklonili mutacije i zdravog genetskog materijala posuditi jedni od drugih. Ovaj prijenos gena između vršnjaka pojedinaca zove horizontalni prijenos gena.

U dvije skupine neispravna bakterija Escherichia coli (E. coli), okrenuo zdrave bakterije, to je dovoljno da imaju sex preciznije provesti horizontalni prijenos gena. Foto: CDC / Nacionalna Escherichia, Shigella, Vibrio Referentna jedinica na CDC


Horizontalni prijenos gena omogućuje bakterijama da se primaju iz druge skupine, a možda i bakterija višestanični organizira evolucijske prednosti. Doista, zašto reinvent točak kada možete jednostavno posuditi? Sustavno istraživanje na Sveučilištu u Bathu (Sveučilište u Bathu) Pokazuje da je oko 25 od 900 gena, odgovoran za metabolizam bakterije Escherichia coli, dodaju se preko horizontalnog prijenosa u posljednjih stotinjak milijuna godina.

Prema rezultatima istraživanja, ovi geni su posuđene iz prilično bliske vrste i Escherichia coli su pomogli da se bolje prilagoditi društvenom životu, da učinkovito komuniciraju unutar populacije, te za opstanak u lice opasnosti. Dakle, s obzirom na horizontalnog prijenosa gena bakterije razvijaju rezistenciju na antibiotike.

Studija društvenog života bakterija omogućava znanstvenicima da shvate kako su ti organizmi odoljeti negativan utjecaj na okoliš i kako uspjeti „pobijediti” moćan droge. To je prilično očito: da ih slabi i bespomoćni, osoba mora naučiti razbiti obveznice u to jedinstvo štetnika.