Hacky nelíbí, a to i mezi jednobuněčné

Její namodralé záře chobotnice vázané bakterie žijícím fotofor (světelné orgány) na jeho kůži. Vzhledem k tomu, že členové kolonie jsou schopné kolektivní chování, intenzita tohoto záření nezávisí na počtu bakterií. Foto: William Ormerod / zdvořilostní Margaret McFall-Ngai / UW-Madison University Communications


Mohlo by se zdát, že po dobu, že lidé studují bakterie, tyto mikroorganismy vědci objevili všechna svá tajemství - protože nic moc se můžete schovat pod mikroskopem čočky. Až do nedávné doby byly bakterie viděn jako jednoduché, primitivní tvorové, což vede monotónní, nudný život. Podle francouzského genetik François Jacob (Fran OIS Jacob) Jediným smyslem existence bakterií - je zhruba produkoval jejich vlastní druh. Nedávné studie však ukazují, že život bakterií je mnohem sytější. Komunikují mezi sebou, „sex“, a dokonce spojeny do skupin a uzdravovat proti nám, lidem.

quorum sensing

První objev byl učiněn v raných 60.-tých let v oblasti společenského života, a přišel do kolonie bakterií zářící bakterie Vibrio fischeri. Tyto bakterie osidlují tělo chobotnice, žijící v mělčinách kolem Havajských ostrovů. Během horkého dne odpočinku chobotnice, pohřben v písku na mořském dně a v noci na lov. V měsíčním svitu, tmavá těla chobotnice patrný na predátory, ale bakterie, které pokrývají kůži chobotnice, produkovat namodralé světlo, stejně jako měsíční světlo. Je to docela převlek.

Mikrobiolog Woodland Hastings (Woodland Hastings) Viděl jsem úžasnou věc. Colonia Vibrio fischeri ve stěnách laboratoři zdvojnásobil jejich počet každých dvacet minut, ale počet světelného pigmentu - luciferáza - Pobyt na úrovni práce pro mnoho hodin. To znamená, že intenzita světla nezávisí na počtu. Pouze tehdy, když kolonie bakterií roste příliš velké množství luciferázy začala růst slabý.

Jak bakterie vědět, kolik vyrábět pigment? Vědci se ukázalo, že bakterie jsou schopni odhadnout počet členů kolonie, a jednat o tom. To je schopnost bakterií jednat kolektivně nazývá „quorum sensing“ (quorum sensing). Dr. Hastings podcenil jeho objev, věřit, že „quorum sensing“ patří pouze k mořské bakterie, může jen Vibrio fischeri. Hastings Student Kenneth Nielson (Kenneth Nealson) Několikrát pokusil publikovat knihu ve vědeckých časopisech v mikrobiologii, kde psal o komunikaci mezi bakterie Vibrio fischeri. Publikace byla odmítnuta, protože se předpokládalo, že bakterie nejsou sociální.

Dnes, nicméně, studie ze světa bakterií není bez výzkumu v mezibuněčné komunikace, a termín „quorum sensing“ se stal jedním ze základních konceptů moderní mikrobiologie.

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


Tak, pro bakterie Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa), který způsobuje infekční lidských chorob, prokázala schopnost asociovat komunitu - biofilmu. U lidí se bakterie vystaveny útokům buněk imunitního systému - bílých krvinek. Nalezení sbližování bílých krvinek, bakterie vysílá varovný signál, příbuzní a společně začnou produkují více ramnolipidov, které jsou připojeny k povrchu biofilmu a zničit leukocyty. Výsledkem je, že kolonie je chráněn.

Stejný jev je základem bakteriální rezistence na antibiotika, stejně jako na patogenezi fatálních bakteriálních onemocnění. Takže, staph (Staphylococcus aureus) napadá tělo není v pořádku, protože výroba toxin pouze několik buněk vyvolá silnou imunitní reakci. Je zřejmé, že to dává smysl čekat, až se počet bakterií významně poroste, a pak zahájí útok. V této situaci je lidský imunitní systém je schopen potlačit bakteriální nápor a rozvíjet nebezpečných infekcí kůže, měkké tkáně, kosti a klouby.

Objev bakteriální komunikace dovoleno, aby přehodnotila nejen základy mikrobiologie, ale také se dívá na evoluci života. Vzhledem k tomu, že bakterie byly prvními stvoření mořit zemi, je jasné, že sociální komunikace nevzniká v průběhu evoluce živé bytosti v pozdějších fázích, to sloužilo jako základ pro úspěšný rozvoj života na naší planetě.

Jak to dělají?

Mezibuněčná signalizace u bakterií je v současné době předmětem intenzivního výzkumu, protože pokud se naučíte rozumět „jazyk“ bakterií, je možné krocení mnoha nemocí. Pro nové sdílení znalostí je pravidelně odborná konference na bakteriální mezibuněčné signalizace.

Signální molekuly v baktériích jsou chemické látky. Ve skutečnosti se jedná o prototyp alarm feromony u lidí.

Profesor molekulární biologie Bonnie Bässler (bonnie Bassler) Byl uveden mezi světovou špičku v oblasti bakteriální komunikace. Studuje komunikační cholery (Vibrio cholerae). Ve volné přírodě, cholery Vibrio se vyskytuje v tělech vody a lidské gastrointestinální trakt poskytuje alternativní příjemné prostředí.

Každé bakteriální buněčné signalizační molekuly produkované - autoinducers (CAI-1 a AI-2). Receptory na povrchu bakteriálních buněk jsou schopni vnímat přítomnost autoinduktoru. Při nízkých autoinducers hustotou obyvatelstva nedostatečné, a v důsledku toho, aktivita určitého genu hapR minimu. Takový stav umožňuje cholera aktivně zvýšení populace a tvoří biofilm (biofilmu). Při vysokém počtu buněk autoinducers koncentrace se zvyšuje, což zvyšuje expresi genu hapR a vede ke vzniku enzymu - hemaglutinin proteázy. Tento enzym pomáhá jednotlivé buňky pro opuštění biofilmy se mohou snadno opustit tělo, a člověk se stává prodavač infekce.

Orální mikroflóra obvykle reprezentovány různými druhy bakterií. Kazu, onemocnění parodontu a dalších nemocí vznikají při vyrušení mikrobiální rovnováhu. Fotografie (licence Creative Commons): Sherman Tan


Je zajímavé, že i v rámci populace bakteriálních buněk, tam jsou někteří jedinci, kteří jsou „jako pozornost podniku.“ Tyto buňky jsou součástí komunity, tak vychutnat všechny výhody, ale nepřispívají ke společné věci. Mikrobiolog Martin Schuster (Martin Schuster) V Oregon State University (Oregon State University) Prokázali, že přítomnost v populaci „freeloaders“ může být skutečný tragédii. Úspěšný vývoj a komunikace bakterií Pseudomonas aeruginosa médiu nezbytné živiny bohaté na uhlík. Po stovky generací bakterií mezi nimi je skupina „amatéry zadarmo“, které nereagují na obvyklé externí signály. V sérii oddělených experimentech s nárůstem počtu „hacků“ pozorováno zpomalení bakteriální populace. Zdá se, že ve volné přírodě, existují zvláštní mechanismy, které umožňují ovládat reprodukci „udělátek“, a tím chránit obyvatelstvo jako celek.

Komunikace v bakteriích podob a. Je to tak složité, jako vztah mezi stavy. Jedním z nejzajímavějších příkladů - symbióza prospěšných bakterií v ústech lidských patogenů, které způsobují zápach a zubního kazu. Mikroflóra lidského ústní dutiny má pět set druhů bakterií. Vývoj generací bakterií je dán frekvencí denní ústní hygienu postupů. Kromě toho má každý člen komunity by měl být schopen rozlišit „nás“ od „zvenčí“, aby pochopili, které biologické signály pocházejí z podobných baktérií, a které jsou irelevantní a by měla být ignorována. Jako společenství, každý druh bakterií musí určit jeho velikost a reagovat na měnící se vnější faktory. Pokud se upravená rovnováha narušena, má za následek vývoj ústní onemocnění.

Zajímavé výsledky ukázaly skupina vědců z University of Birmingham (University of Birmingham). Jan Kreft (Jan Kreft) a jeho kolegové použili matematický model ukázal, že koncentrace autoinduktoru sporu není stejná v bakteriální populace. Tam bakteriální klastry, které jsou obklopeny vyšší koncentrací než autoinduktoru sousedních buněk. Deagle mikrobiolog Steve (Steve Kopál) úspěšně rozvíjí tuto myšlenku tím, že ukazuje, že bakterie v okolí, často mají společného předka, takže jsou příbuzní ze stejné rodiny. Bylo zjištěno, že podobné buňky mají podobnou prahovou citlivost autoinduktoru, která je odlišná od jiných rodin. To znamená, že rodina bakterie mohou doslova „hluchý“, je to, co říkají sousedé.

Sex je dobrý pro zdraví

Až do nedávné doby, sex byl považován za privilegium vysoce organizovaných tvorů, zatímco bakterie měly ramnozhalis pouze jednoduché rozdělení na dvě části, do dvou nových buněk. Nositel Nobelovy ceny Edward Tate (Edward Tatum) Yale University (Yale University), Které prokázaly, že bakterie mohou také vypustit. Nicméně, toto se děje jen v případě potřeby. To znamená, že řada z bakterií Escherichia coli (E. coli), obvykle obývat lidská střeva byla vystavena rentgenovým zářením. Toto záření ničí DNA a způsobující mutace s těžkými následky. V důsledku toho se podařilo izolovat dvě skupiny bakterií.

Jeden z nich nemohl syntetizovat vitamíny potřebné pro život, ve druhém obtížích s názvem syntézu esenciálních aminokyselin. Po smíchání obou buněčných skupin podařilo získat zcela normální jedince. Ukazuje se, že „vadné“ bakterie spojily tyto mutace eliminovat a zdravý genetický materiál půjčit od sebe navzájem. Tento přenos genů mezi peer jednotlivci nazývá horizontální přenos genu.

Chcete-li dvě skupiny vadné bakterií Escherichia coli (E. coli), otočil zdravé bakterie, stačí mít sex přesněji provádět horizontální přenos genu. Foto: CDC / Národní Escherichia, Shigella, Vibrio referenční jednotka při CDC


Horizontální přenos genů umožňuje bakterie přijímat z jiných skupin bakterií a možná mnohobuněčné organizuje evoluční výhody. Opravdu, proč znovu vynalézat kolo, když si můžete půjčit? Systematický výzkum z University of Bath (University of Bath) Ukázala, že asi 25 900 genů, zodpovědné za metabolismus bakterií Escherichia coli, byly přidány pomocí horizontálního přenosu v posledních sto milionů let.

Podle výzkumu, tyto geny byly vypůjčené z poměrně blízce příbuzných druhů a Escherichia coli pomohly lépe se přizpůsobit společenského života, efektivně komunikovat v populaci, a přežít tváří v tvář nebezpečí. Proto, vzhledem k horizontálnímu přenosu genů bakterie mohou získat rezistenci vůči antibiotikům.

Studie společenského života bakterií umožňuje vědcům pochopit, jak přesně tyto organismy vzdorovat negativní vliv na životní prostředí a jak se podaří „porazit“ silné léky. Je zcela zřejmé: aby byly slabé a bezbranné, člověk se musí naučit rozbít vazby v této Unii škůdci.