Hacks не обичат, дори и сред най-едноклетъчни

Нейните обвързани синкаво сияние калмари бактерии, живеещим фотофор (светещи тела) върху кожата му. Поради факта, че членовете на колонията са в състояние на колективно поведение, интензивността на това лъчение не зависи от броя на бактериите. Снимка: Уилям Ormerod / учтивост Маргарет McFall-Нгай / UW-Madison University Communications


Изглежда, че за времето, през което хората се учат на бактериите, тези микроорганизми учени откриват всичките си тайни - защото не е много можеш да се скриеш под микроскопско стъкло. Доскоро, бактериите се възприемат като прости, примитивни същества, което води монотонен, скучен живот. Според френския генетик Франсоа Джейкъб (Фран Франсоа Джейкъб), Единствената цел на съществуване на бактерии - е грубо произвежда собствените си вид. Последните проучвания обаче показват, че животът на бактериите е много по-наситен. Те общуват помежду си, "секс", а дори комбинирани в групи и сплотяване срещу нас, хората.

усещане за кворум

Първият Откритието е направено в началото на 60-те години в областта на социалния живот, и стигна до колонията от бактерии нажежен бактерии Vibrio fischeri. Тези бактерии колонизират тяло сепията е, живеещи в плитчините около Хавайските острови. По време на калмари в горещ ден за почивка, заровени в пясъка на дъното на морето, а през нощта да ловуват. В лунната светлина, тъмната тялото на сепията се забелязва на хищници, но бактериите, които покриват кожата на калмари, произвеждат синкаво сияние, подобно на лунна светлина. Това е нещо като прикритие.

Микробиолог Woodland Хейстингс (Woodland Хейстингс) Видях нещо невероятно. Colonia Vibrio fischeri в стените на лабораторията удвои техните номера на всеки двадесет минути, но броят на светлинния пигмент - луцифераза - Остани на нивото на работа в продължение на много часове. По този начин, интензивността на светлината не зависи от номера. Само когато колонията на бактерии расте твърде голям, размерът на луцифераза започва да расте слаб.

Как бактерии знаят колко да произвеждат пигмент? Учените стана ясно, че бактериите са в състояние да изчисли броя на членовете на колонията, както и да се действа по този въпрос. Това е способността на бактериите да действат колективно се нарича "усещане за кворум" (усещане за кворум). Д-р Хейстингс подценява неговото откритие, вярвайки, че "усещане за кворум" принадлежи само на морските бактерии, може само Vibrio fischeri. Хейстингс студент Кенет Нилсон (Кенет Nealson) Няколко пъти се опита да публикува работата в научните списания в областта на микробиологията, където той пише за комуникацията между бактерии Vibrio fischeri. Публикуването е отказано, защото се е смятало, че бактериите не са социални.

Днес, обаче, изследването на света на бактерии не е без изследвания в междуклетъчната комуникация, а терминът "усещане за кворум" се превърна в един от основните понятия на съвременната микробиология.

В снимка микрографии на натрупването на бактерии Pseudomonas Aeruginosa (Pseudomonas Aeruginosa) в botriomikoze. Снимка: CDC / д-р Люсил К. Джордж


По този начин, за бактериите Pseudomonas Aeruginosa (Pseudomonas Aeruginosa) причинява инфекциозни заболявания при човека, е доказано, способността да се свързват общност - биофилм. При хората, бактериите са изложени на нападения от имунната система клетки - белите кръвни клетки. Намирането на сближаване на белите кръвни клетки, бактерията изпраща предупредителен сигнал роднини, и заедно те започват произвеждат повече ramnolipidov, които са прикрепени към повърхността на биофилма и унищожи левкоцити. В резултат на това колонията е защитена.

Същото явление е в основата на бактериална резистентност към антибиотици, както и патогенезата на фатални бактериални заболявания. Така че, стафилокок (стафилококус ауреус) атакува тялото не е правилно, тъй като производството на токсини от само няколко клетки ще предизвика силен имунен отговор. Очевидно е, че има смисъл да се чака, докато броят на бактериите ще нарасне значително, а след това постави началото на атака. В тази ситуация, човешката имунна система не е в състояние да потискат бактериалната атака и развиват опасни инфекции на кожата, меките тъкани, костите и ставите.

Откриването на бактериална комуникация позволено да се преразгледа не само основите на микробиологията, но също така разглежда еволюцията на живота. Като се има предвид, че бактериите са били първите същества опустошават земята, става ясно, че социалната комуникация не възниква в хода на еволюцията на живите същества в по-късните етапи, той служи като основа за успешното развитие на живота на нашата планета.

Как го правят?

Междуклетъчна сигнализация при бактерии в момента е обект на интензивни изследвания, защото, ако се научат да разбират "езика" на бактерии, възможно е опитомяване на много заболявания. За нов обмен на знания е редовно Специализирана конференция за бактериална междуклетъчната сигнализация.

Сигнални молекули в бактерии са химикали. В действителност, това е прототип алармени феромони при хората.

Професор на молекулярната биология Бони Bassler (Бони Bassler) Е бил регистриран сред световните лидери в областта на бактериална комуникация. Тя изучава комуникация холера (Vibrio холерният). В дивата природа, Vibrio на холера се намира в водоеми, както и стомашно-чревния тракт на човека осигурява алтернативен удобна среда.

Всеки бактериални клетъчни сигнални молекули, произведени - autoinducers (CAI-1 и AI-2). Рецептори на повърхността на бактериални клетки са способни да възприемат присъствието на автоиндуктор. В autoinducers ниска плътност на населението недостатъчен, и като резултат, активността на определен ген hapR ниска. Такова състояние позволява холера активно да се увеличи населението и формиране на биофилм (биофилм). При високи клетъчни номера autoinducers увеличава концентрацията, която повишава експресията hapR ген и води до образуването на ензим - протеаза хемаглутинин. Този ензим помага отделните клетки, за да излезете на биофилми те лесно могат да напуснат тялото и лицето става амбулантен търговец на инфекция.

Оралните микрофлора обикновено представени от различни видове бактерии. Кариес, периодонтално заболяване и други заболявания възникват, когато нарушен микробен баланс. Снимки (Creative Commons лиценз): Шърман Tan


Интересното е, че дори в рамките на една популация от бактериалните клетки, има някои хора, които са "като свободен." Тези клетки са част от общността, така че да се насладят на всички привилегии, обаче, не допринасят за общата кауза. Микробиолог Мартин Шустер (Мартин Шустер) В Държавния университет в Орегон (Oregon State University) Показва, че наличието на населението на "гратисчии" може да бъде истинска трагедия. Успешното развитие и предаването на бактерии Pseudomonas Aeruginosa необходимо хранителна среда, богата на въглерод. След стотици поколения бактерии сред тях е групата на "аматьори безплатните", които не отговарят на обичайните външни сигнали. В поредица от отделни експерименти с увеличаването на броя на "хакове" се наблюдава забавяне в бактериалната популация. Очевидно е, че в природата съществуват специфични механизми, които ви позволяват да контролирате възпроизвеждането на "хакове" и по този начин защита на населението като цяло.

Комуникация в бактерии многостранен. Тя е толкова сложна, колкото отношенията между държави. Един от най-интересните и уникални примери - симбиоза от полезните бактерии в устата на човешки патогени, които причиняват лош мирис и кариес. Микрофлората на човешкото устната кухина трябва да петстотин видове бактерии. Развитие на поколения бактериите се определя от честотата на дневните за устна хигиена процедури. В допълнение, всеки член на общността трябва да бъде в състояние да разграничи "нас" от "външни", за да се разбере кои биологични сигнали идват от подобни бактерии, и които са без значение и трябва да се пренебрегва. Като общност, всеки тип бактерии трябва да се определи нейния размер и да се отговори на променящите се външни фактори. Ако коригираната баланс е нарушен, това води до развитието на оралните заболявания.

Интригуващи резултати показаха, група учени от университета в Бирмингам (Университет на Бирмингам). Jan Известни (Jan Известни) и колегите му са използвали математически модел показва, че концентрацията на автоиндуктор вещество не е същото в бактериалната популация. Там бактериални клъстери, които са заобиколени от по-висока концентрация на автоиндуктор от съседните клетки. Дийгъл микробиолог Стив (Steve Diggle) успешно се развива тази идея, като показват, че бактериите в квартала, често имат общ прародител, така че са роднините на едно и също семейство. Установено е, че свързаните клетки имат подобен праг на чувствителността автоиндуктор която е различна от други семейства. По този начин, семейството на бактерии могат буквално да "превърне глуха" е това, което те казват съседи.

Сексът е полезен за здравето

Доскоро сексът се счита за привилегия на високо организирани същества, а бактериите се предполагаше ramnozhalis само прост бъде разделен на две части, на две нови клетки. Нобеловият лауреат Едуард Тейт (Едуард Тейтъм) Yale University (Йейлския университет) Показва, че бактерии могат също изцедени. Все пак, това се случва само когато е необходимо. По този начин линията на коли бактерии Escherichia (Ешерихия коли), обикновено обитаващи човешките черва се подлага на Х-лъчи. Това лъчение унищожава ДНК и предизвикват мутации с тежки последствия. В резултат на това успя изолиране на две групи от бактерии.

Един от тях не може да синтезира витамини, необходими за живот, във втория трудността нарича синтез на незаменими аминокиселини. При смесване на двата мобилни групи успяха да поведат с напълно нормално физическо лице. Оказва се, че на "дефектни" бактерии сливат, за да се премахнат измененията и здрав генетичен материал да заеме един от друг. Този трансфер на гени между връстници лица нарича хоризонталния пренос на гени.

До две групи дефектни бактерии Ешерихия коли (Е.коли), беше здрави бактерии, е достатъчно да има секс-точно прилагане на хоризонтално генен трансфер. Снимка: CDC / Национален Escherichia, Shigella, Vibrio Референтен звено на CDC


Хоризонтална генен трансфер позволява бактериите да получават от други групи от бактерии и може би многоклетъчен организира еволюционни предимства. Наистина, защо изобретяваме колелото, когато можете просто да се заемат? Системно изследвания в Университета в Бат (Университет за Баня) Показва, че около 25 на 900 гени, отговорен за метаболизма на бактериите Escherichia коли на, се прибавят чрез хоризонтален трансфер в последните сто милиона години.

Според проучването, тези гени са били заети от доста тясно свързани видове и Ешерихия коли са помогнали да се адаптира по-добре към социалния живот, да общуват ефективно в рамките на населението, а за да оцелее в лицето на опасност. По този начин, поради хоризонталния трансфер на гени, бактерии могат да придобиват резистентност към антибиотици.

Проучването на социалния живот на бактериите позволява на учените да разберат как точно тези организми са устойчиви на негативното влияние на околната среда и как да успяват да "победи" мощни лекарства. Съвсем очевидно е: да ги направи слаб и беззащитен, човек трябва да се научи да се прекъсне връзки в този съюз вредители.