Hacks nu le place, chiar și printre unicelulare

bacteriile sale albăstruie strălucire calmar legate de viațăm fotofori (corpuri luminoase) pe piele. Datorită faptului că membrii coloniei sunt capabili de comportament colectiv, intensitatea acestor radiații nu depinde de numărul de bacterii. Foto: William Ormerod / curtoazie Margaret McFall-Ngai / UW-Madison University Communications


S-ar părea că, pentru moment pe care oamenii studiaza bacteriile, oamenii de știință au descoperit aceste microorganisme toate secretele lor - pentru că nu de mult vă puteți ascunde sub o lentilă microscop. Până de curând, bacteriile au fost văzute ca creaturi simple, primitive, care duce o viață monotonă, plictisitoare. Potrivit geneticianul francez François Jacob (Fran ois Jacob), Unicul scop al existenței de bacterii - este produs aproximativ propria lor natură. Studii recente, cu toate acestea, arată că viața de bacterii este mult mai saturate. Ele comunică unii cu alții, „sex“, și chiar combinate în grupuri și mobilizând împotriva noastră, oameni.

cvorum sensing

Prima descoperire a fost făcută la începutul anilor 60-e în domeniul vieții sociale, și a ajuns la colonia de bacterii stralucitoare bacteria Vibrio fischeri. Aceste bacterii colonizează corpul calmari, care trăiesc în adancituri din jurul insulelor Hawaii. În timpul unei calmar zile de odihnă fierbinte, îngropat în nisip de pe fundul mării, și pe timp de noapte pentru a vâna. În lumina lunii, corpul întunecat al calmar devine vizibil pentru prădători, dar bacteriile care acopera pielea de calmar, produc o strălucire albăstruie, cum ar fi lumina lunii. Este un fel de deghizare.

Microbiolog Woodland Hastings (Woodland Hastings) Am văzut un lucru uimitor. Colonia Vibrio fischeri în pereții laboratorului dublat numărul lor la fiecare douăzeci de minute, dar numărul de pigment luminos - luciferază - Stai la nivel de locuri de muncă pentru mai multe ore. Astfel, intensitatea luminii nu depinde de numere. Numai atunci când colonia de bacterii creste prea mare, cantitatea de luciferază a început să crească slab.

Cum bacteriile știu cât de mult pentru a produce pigment? Oamenii de știință au devenit evident ca bacteriile sunt capabile de a estima numărul de membri ai coloniei, și să acționeze în acest sens. Aceasta este capacitatea bacteriilor de a acționa în mod colectiv a fost numit „cvorum sensing“ (cvorum sensing). Dr. Hastings subestimat descoperirea sa, considerând că „detectare cvorum“ aparține numai bacterii marine, poate doar Vibrio fischeri. student la Hastings Kenneth Nielson (Nealson kenneth) A încercat de mai multe ori pentru a publica lucrările în reviste științifice în microbiologie, unde a scris despre comunicarea dintre bacteriile Vibrio fischeri. Publicația a fost refuzată, deoarece se credea ca bacteriile nu sunt sociale.

Astăzi, cu toate acestea, studiul lumii de bacterii nu este lipsită de cercetare în comunicare intercelular, iar termenul „cvorum detectare“ a devenit unul dintre conceptele fundamentale ale microbiologiei moderne.

În micrograficele fotografie acumulării de bacterii Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) la botriomikoze. Foto: CDC / Dr. Lucille K. George


Astfel, pentru bacteria Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa), care cauzează bolile infecțioase umane, a demonstrat capacitatea de a asocia o comunitate - biofilm. La om, bacteriile sunt expuse la atacurile celulele sistemului imunitar - celulele albe din sânge. Găsirea unei apropieri de celule albe din sange, bacteria trimite un semnal de avertizare rude, și împreună încep produc mai multe ramnolipidov, care sunt atașate la suprafața biofilmului și distruge leucocite. Ca urmare, colonia este protejată.

Același fenomen este baza rezistenței bacteriene la antibiotice, precum si patogeneza bolilor bacteriene fatale. Deci, stafilococilor (Staphylococcus aureus) atacă organismul nu este corect, deoarece producția de toxine de doar cateva celule va declanșa un răspuns imun puternic. Evident, este logic să se aștepte până când numărul de bacterii va crește în mod semnificativ, iar apoi a lansa un atac. În această situație, sistemul imunitar uman nu este capabil de a suprima atacul bacterian, și de a dezvolta infecții periculoase ale pielii, țesuturilor moi, oaselor și articulațiilor.

Descoperirea comunicării bacteriene a permis să-și reconsidere nu numai elementele de bază ale microbiologie, dar, de asemenea, se uita la evoluția vieții. Având în vedere faptul că bacteriile au fost primele creaturi infesting pământul, devine clar faptul că comunicarea socială nu apar în cursul evoluției ființelor vii în etapele ulterioare, a servit ca fundament pentru dezvoltarea cu succes a vieții pe planeta noastră.

Cum o fac?

intercelular de semnalizare în bacterii este în prezent obiectul unor cercetări intense, pentru că dacă înveți să înțeleagă „limbajul“ de bacterii, este posibil îmblânzire multor boli. Pentru noul schimb de cunoștințe este în mod regulat Conferința de specialitate privind semnalizarea intercelulară bacteriene.

molecule de semnalizare in bacterii sunt produse chimice. De fapt, acesta este un prototip de feromoni de alarmă la om.

Profesor de biologie moleculara Bonnie Bassler (bonnie Bassler) A fost listat printre liderii mondiali în domeniul comunicării bacteriene. Se studiază holeră comunicare (Vibrio cholerae). In salbatica, Vibrio holera se găsește în corpurile de apă, și tractul gastro-intestinal uman oferă un mediu confortabil alternativ.

Fiecare bacteriene molecule de semnalizare de celule produse - autoinducers (CAI-1 și AI-2). Receptori de pe suprafata celulelor bacteriene sunt capabile de a percepe prezența autoinducer. La autoinducers densitate scăzută a populației insuficiente, și ca urmare, activitatea unui anumit redus gena hapR. O astfel de stare permite holerei să crească în mod activ populația și formează un biofilm (biofilm). La numerele de celule mari autoinducers crește concentrația, care îmbunătățește expresia genelor hapR și conduce la formarea enzimei - proteaza hemaglutinina. Această enzimă ajută celulele individuale pentru a ieși din biofilmelor pot părăsi cu ușurință corpul, iar persoana devine un negustor ambulant de infecție.

microflorei orale reprezentate în mod normal, de diferite specii de bacterii. Cariile, boala parodontala si alte boli apar atunci când deranjat echilibrul microbian. Fotografii (licență Creative Commons): Sherman Tan


Interesant, chiar și într-o populație de celule bacteriene, există unele persoane care sunt „ca un drum liber.“ Aceste celule fac parte din comunitate, astfel încât se bucura de toate privilegiile, cu toate acestea, nu contribuie la cauza comună. Microbiolog Martin Schuster (Martin Schuster) De la Universitatea de Stat din Oregon (Universitatea de Stat din Oregon) A demonstrat că prezența în populația de „Freeloaderii“ poate fi o adevărată tragedie. Dezvoltarea cu succes și comunicarea bacteriilor Pseudomonas aeruginosa mediu necesar nutritiv bogat în carbon. După sute de generații de bacterii între ele este grupul de „amatori freebies“, care nu răspund la semnalele externe uzuale. Intr-o serie de experimente separate cu creșterea numărului de „hacks“, a observat încetinirea populației bacteriene. Se pare că, în sălbăticie, există mecanisme specifice care vă permit să controleze reproducerea „hacks“ și, prin urmare, să protejeze populația în ansamblu.

Comunicarea în bacterii cu multiple fațete. Este la fel de complex ca și relația dintre state. Unul dintre exemplele cele mai interesante și unice - o simbioză de bacterii benefice in gura de agenți patogeni umani care cauzează miros urât și cariilor dentare. Microflora cavității orale umane are de cinci sute de tipuri de bacterii. Dezvoltarea generații de bacterii este determinată de frecvența procedurilor de igienă orală de zi cu zi. În plus, fiecare membru al comunității ar trebui să fie în măsură să se facă distincția „noi“ de la „outsideri“ pentru a înțelege care semnalele biologice provin din bacterii similare, și care sunt irelevante și ar trebui să fie ignorate. Ca o comunitate, fiecare tip de bacterii trebuie să determine dimensiunea sa și pentru a răspunde la schimbarea factorilor externi. În cazul în care soldul ajustat este perturbată, are ca rezultat dezvoltarea bolilor orale.

Rezultatele au aratat un grup intrigante de oameni de știință de la Universitatea din Birmingham (Universitatea din Birmingham). Jan Kreft (Jan Kreft) si colegii sai au folosit un model matematic a arătat că concentrația de autoinducer-materie nu este aceeași în populația de bacterii. clustere bacteriene acolo, care sunt înconjurate de o concentrație mai mare de autoinducer decât celulele vecine. Deagle microbiolog Steve (Steve Diggle) a dezvoltat cu succes această idee prin care arata ca bacteriile din cartier, de multe ori au un strămoș comun, așa că sunt rudele aceleiași familii. Sa constatat că celulele înrudite au similare autoinducer prag de sensibilitate, care este diferit de alte familii. Astfel, familia bacterii poate literalmente „transforma o ureche surdă“ este ceea ce spun ei vecini.

Sexul este bun pentru sanatate

Până de curând, sexul a fost considerat un privilegiu de creaturi foarte bine organizate, în timp ce bacteriile trebuia ramnozhalis diviziune doar simplu în două părți, în două celule noi. laureat al Premiului Nobel Edward Tate (edward Tatum) Universitatea Yale (Universitatea Yale) Arată că bacteriile pot drenată. Cu toate acestea, acest lucru se întâmplă numai după cum este necesar. Astfel, linia de Escherichia coli (Escherichia coli), în mod normal, intestinele umane locuind a fost expus la raze X. Această radiație distruge ADN-ul și mutațiile care cauzează cu consecințe grave. Ca rezultat, a realizat izolarea două grupe de bacterii.

Unul dintre ei nu a putut sintetiza vitamine necesare pentru viață, în a doua dificultate numita sinteza de aminoacizi esențiali. După amestecarea celor două grupuri de celule reușit să obțină un individ complet normal. Se pare că bacteriile „defecte“ au fuzionat pentru a elimina mutațiile și materialul genetic sănătos să împrumute unul de altul. Acest transfer de gene intre indivizi la egal la egal numit transferul de gene orizontal.

Pentru a doua grupuri de bacterii defecte Escherichia coli (E. coli), transformat bacterii sanatoase, este suficient să faci sex mai precis să pună în aplicare transferul de gene orizontal. Foto: CDC / National Escherichia, Shigella, Unitatea Vibrio referință la CDC


transferul genic orizontal permite bacteriilor să primească de la alte grupuri de bacterii si probabil pluricelular organizează avantaje evolutive. Într-adevăr, de ce reinventeze roata când poți împrumuta doar? cercetare sistematică în Universitatea din Bath (Universitatea din Bath) Indicat că aproximativ 25 din cele 900 de gene, responsabil pentru metabolismul bacteriilor Escherichia coli, au fost adăugate prin transfer orizontal în ultima sută de milioane de ani.

Potrivit cercetarii, aceste gene au fost împrumutate de la specii destul de strâns legate și Escherichia coli, au ajutat să se adapteze mai bine la viața socială, pentru a comunica în mod eficient în cadrul populației, și să supraviețuiască în fața unui pericol. Astfel, datorită transferului orizontal de bacterii gene poate dobândi rezistență la antibiotice.

Studiul vieții sociale a bacteriilor permite oamenilor de știință să înțeleagă exact modul în care aceste organisme rezista influenței negative a mediului și modul de a gestiona pentru a „bate“ medicamente puternice. Este destul de evident: pentru a le face slab și lipsit de apărare, o persoană trebuie să învețe să rupă legăturile în această uniune dăunătorilor.