Hacky nepáči, a to aj medzi jednobunkové

Jej modrasté žiara chobotnice viazané baktérie žijúcem fotofor (svetelné orgánmi) na jeho koži. Vzhľadom k tomu, že členovia kolónie sú schopné kolektívne správanie, intenzita tohto žiarenia nezávisí od počtu baktérií. Foto: William Ormerod / zdvorilostné Margaret McFall-Ngai / UW-Madison University Communications


Mohlo by sa zdať, že po dobu, že ľudia študujú baktérie, tieto mikroorganizmy vedci objavili všetky svoje tajomstvá - pretože nič moc sa môžete schovať pod mikroskopom šošovky. Až do nedávnej doby boli baktérie videný ako jednoduché, primitívne tvory, čo vedie monotónny, nudný život. Podľa francúzskeho genetik François Jacob (Fran OIS Jacob) Jediným zmyslom existencie baktérií - je zhruba produkoval ich vlastný druh. Nedávne štúdie však ukazujú, že život baktérií je oveľa sýtejšie. Komunikujú medzi sebou, "sex", a dokonca spojené do skupín a uzdravovať proti nám, ľuďom.

quorum sensing

Prvý objav bol urobený v raných 60.-tych rokov v oblasti spoločenského života, a prišiel do kolónie baktérií žiariaci baktérie Vibrio fischeri. Tieto baktérie osídľujú telo chobotnice, žijúci v plytčinách okolo Havajských ostrovov. Počas horúceho dňa odpočinku chobotnice, pochovaný v piesku na morskom dne a v noci na lov. V mesačnom svite, tmavá tela chobotnice viditeľný na predátormi, ale baktérie, ktoré pokrývajú kožu chobotnice, produkovať modrasté svetlo, rovnako ako mesačné svetlo. Je to celkom prevlek.

Mikrobiológ Woodland Hastings (Woodland Hastings) Videl som úžasnú vec. Colonia Vibrio fischeri v stenách laboratóriu zdvojnásobil ich počet každých dvadsať minút, ale počet svetelného pigmentu - luciferázy - Pobyt na úrovni práce pre mnoho hodín. To znamená, že intenzita svetla nezávisí od počtu. Iba vtedy, keď kolónie baktérií rastie príliš veľké množstvo luciferázy začala rásť slabý.

Ako baktérie vedieť, koľko vyrábať pigment? Vedci sa ukázalo, že baktérie sú schopní odhadnúť počet členov kolónie, a jednať o tom. To je schopnosť baktérií konať kolektívne nazýva "quorum sensing" (quorum sensing). Dr Hastings podcenil jeho objav, veriť, že "quorum sensing" patrí len k morskej baktérie, môže len Vibrio fischeri. Hastings Študent Kenneth Nielson (Kenneth Nealson) Niekoľkokrát pokúsil publikovať knihu vo vedeckých časopisoch v mikrobiológiu, kde písal o komunikácii medzi baktérie Vibrio fischeri. Publikácia bola odmietnutá, pretože sa predpokladalo, že baktérie nie sú sociálne.

Dnes, však, štúdie zo sveta baktérií nie je bez výskumu v medzibunkovej komunikácie, a termín "quorum sensing" sa stal jedným zo základných konceptov modernej mikrobiológie.

Na fotografii micrographs hromadenie baktérií Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa), na botriomikoze. Foto: CDC / Dr Lucille K. George


Tak, pre baktérie Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa), ktorý spôsobuje infekčné ľudských chorôb, preukázala schopnosť asociovať komunitu - biofilmu. U ľudí sa baktérie vystavené útokom buniek imunitného systému - bielych krviniek. Nájdenie aproximácii bielych krviniek, baktérie vysiela varovný signál, príbuzní a spoločne začnú produkujú viac ramnolipidov, ktoré sú pripojené k povrchu biofilmu a zničiť leukocyty. Výsledkom je, že kolónie je chránený.

Rovnaký jav je základom bakteriálnej rezistencie na antibiotiká, rovnako ako na patogenéze fatálnych bakteriálnych ochorení. Takže, Staph (Staphylococcus aureus) napáda telo nie je v poriadku, pretože výroba toxín len niekoľko buniek vyvolá silnú imunitnú reakciu. Je zrejmé, že to dáva zmysel čakať, až sa počet baktérií významne porastie, a potom začne útok. V tejto situácii je ľudský imunitný systém je schopný potlačiť bakteriálne nápor a rozvíjať nebezpečných infekcií kože, mäkké tkanivá, kosti a kĺby.

Objav bakteriálne komunikácie dovolené, aby prehodnotila nielen základy mikrobiológie, ale tiež sa pozerá na evolúciu života. Vzhľadom k tomu, že baktérie boli prvými stvorenia moriť krajine, je jasné, že sociálnej komunikácie nevzniká v priebehu evolúcie živej bytosti v neskorších fázach, to slúžilo ako základ pre úspešný rozvoj života na našej planéte.

Ako to robia?

Medzibunková signalizácie u baktérií je v súčasnosti predmetom intenzívneho výskumu, pretože ak sa naučíte rozumieť "jazyk" baktérií, je možné krotenie mnohých chorôb. Pre nových zdieľanie znalostí je pravidelne odborná konferencia na bakteriálne medzibunkovej signalizácie.

Signálne molekuly v baktériách sú chemické látky. V skutočnosti sa jedná o prototyp alarm feromóny u ľudí.

Profesor molekulárnej biológie Bonnie Bässler (bonnie Bassler) Bol uvedený medzi svetovú špičku v oblasti bakteriálnej komunikácie. Študuje komunikačné cholery (Vibrio cholerae). Vo voľnej prírode, cholery Vibrio sa vyskytuje v telách vody a ľudskej gastrointestinálny trakt poskytuje alternatívnu príjemné prostredie.

Každé bakteriálnej bunkovej signalizačnej molekuly produkované - autoinducers (CAI-1 a AI-2). Receptory na povrchu bakteriálnych buniek sú schopní vnímať prítomnosť autoinduktoru. Pri nízkych autoinducers hustotou obyvateľstva nedostatočné, a v dôsledku toho, aktivita určitého génu Hapro minime. Takýto stav umožňuje cholera aktívne zvýšenie populácie a tvoria biofilm (biofilmu). Pri vysokom počte buniek autoinducers koncentrácie sa zvyšuje, čo zvyšuje expresiu génu Hapro a vedie k vzniku enzýmu - hemaglutinín proteázy. Tento enzým pomáha jednotlivé bunky pre opustenie biofilmy sa môžu ľahko opustiť telo, a človek sa stáva predavač infekcie.

Orálny mikroflóra zvyčajne reprezentované rôznymi druhmi baktérií. Kazu, ochorenia parodontu a ďalších chorôb vznikajú pri vyrušenie mikrobiálnu rovnováhu. Fotografie (licencia Creative Commons): Sherman Tan


Je zaujímavé, že aj v rámci populácie bakteriálnych buniek, tam sú niektorí jedinci, ktorí sú "ako pozornosť podniku." Tieto bunky sú súčasťou komunity, tak vychutnať všetky výhody, ale neprispievajú k spoločnej veci. Mikrobiológ Martin Schuster (martin Schuster) V Oregon State University (Oregon State University) Preukázali, že prítomnosť v populácii "freeloaders" môže byť skutočný tragédiu. Úspešný vývoj a komunikácia baktériou Pseudomonas aeruginosa médiu nevyhnutné živiny bohaté na uhlík. Po stovky generácií baktérií medzi nimi je skupina "amatérov zadarmo", ktoré nereagujú na obvyklé externé signály. V sérii oddelených experimentoch s nárastom počtu "hack" pozorovalo spomalenie bakteriálne populácie. Zdá sa, že vo voľnej prírode, existujú osobitné mechanizmy, ktoré umožňujú ovládať reprodukciu "udělátek", a tým chrániť obyvateľstvo ako celok.

Komunikácia v baktériách podôb a. Je to tak zložité, ako vzťah medzi stavmi. Jedným z najzaujímavejších príkladov - symbióza prospešných baktérií v ústach ľudských patogénov, ktoré spôsobujú zápach a zubného kazu. Mikroflóra ľudského ústnej dutiny má päťsto druhov baktérií. Vývoj generácií baktérií je daný frekvenciou dennú ústnu hygienu postupov. Okrem toho má každý člen komunity by mal byť schopný rozlíšiť "nás" od "zvonku", aby pochopili, ktoré biologické signály pochádzajú z podobných baktérií, a ktoré sú irelevantné a by mala byť ignorovaná. Ako spoločenstvo, každý druh baktérií musí určiť jeho veľkosť a reagovať na meniace sa vonkajšie faktory. Ak sa upravená rovnováha narušená, má za následok vývoj ústnej ochorenia.

Zaujímavé výsledky ukázali skupina vedcov z University of Birmingham (University of Birmingham). Jan Kreft (Jn Kreft) a jeho kolegovia použili matematický model ukázal, že koncentrácia autoinduktoru sporu nie je rovnaká v bakteriálnej populácie. Tam bakteriálne klastre, ktoré sú obklopené vyššou koncentráciou ako autoinduktoru susedných buniek. Deagle mikrobiológ Steve (Steve Kopál) úspešne rozvíja túto myšlienku tým, že ukazuje, že baktérie v okolí, často majú spoločného predka, takže sú príbuzní z rovnakej rodiny. Bolo zistené, že podobné bunky majú podobnú prahovú citlivosť autoinduktoru, ktorá je odlišná od iných rodín. To znamená, že rodina baktérie môžu doslova "hluchý", je to, čo hovoria susedia.

Sex je dobrý pre zdravie

Až do nedávnej doby, sex bol považovaný za privilégium vysoko organizovaných tvorov, zatiaľ čo baktérie mali ramnozhalis iba jednoduché rozdelenie na dve časti, do dvoch nových buniek. Nositeľ Nobelovej ceny Edward Tate (Edward Tatum) Yale University (Yale University), Ktoré preukázali, že baktérie môžu tiež vypustiť. Avšak, toto sa deje len v prípade potreby. To znamená, že mnohé z baktérií Escherichia coli (E. coli), zvyčajne obývať ľudská čreva bola vystavená röntgenovým žiarením. Toto žiarenie ničí DNA a spôsobujúce mutácie s ťažkými následkami. V dôsledku toho sa podarilo izolovať dve skupiny baktérií.

Jeden z nich nemohol syntetizovať vitamíny potrebné pre život, v druhom ťažkostiach s názvom syntézu esenciálnych aminokyselín. Po zmiešaní oboch bunkových skupín podarilo získať úplne normálne jedinca. Ukazuje sa, že "chybné" baktérie spojili tieto mutácie eliminovať a zdravý genetický materiál požičať od seba navzájom. Tento prenos génov medzi peer jednotlivcami nazýva horizontálny prenos génu.

Ak chcete dve skupiny chybné baktérií Escherichia coli (E. coli), otočil zdravé baktérie, stačí mať sex presnejšie vykonávať horizontálne prenos génu. Foto: CDC / Národná Escherichia, Shigella, Vibrio referenčná jednotka pri CDC


Horizontálny prenos génov umožňuje baktérie prijímať z iných skupín baktérií a možno mnohobunkové organizuje evolučnej výhody. Naozaj, prečo znovu vynájsť koleso, keď si môžete požičať? Systematický výskum z University of Bath (University of Bath) Ukázala, že asi 25 900 génov, zodpovedné za metabolizmus baktérií Escherichia coli, boli pridané pomocou horizontálneho prenosu v posledných sto miliónov rokov.

Podľa výskumu, tieto gény boli vypožičané z pomerne blízko príbuzných druhov a Escherichia coli pomohli lepšie sa prispôsobiť spoločenského života, efektívne komunikovať v populácii, a prežiť tvárou v tvár nebezpečenstvu. Preto, vzhľadom k horizontálnemu prenosu génov baktérie môžu získať rezistenciu voči antibiotikám.

Štúdia spoločenského života baktérií umožňuje vedcom pochopiť, ako presne tieto organizmy vzdorovať negatívny vplyv na životné prostredie a ako sa podarí "poraziť" silné lieky. Je úplne zrejmé: aby boli slabé a bezbranné, človek sa musí naučiť rozbiť väzby v tejto Únii škodcami.