Hacki nie podoba, nawet wśród jednokomórkowe

Jej niebieskawy blask kalmary związane bakterie żyjącem photophores (organy świetlne) na jego skórze. Ze względu na fakt, że członkowie kolonii są zdolne do zachowania zbiorowego, natężenie tego promieniowania nie zależy od liczby bakterii. Zdjęcie: William Ormerod / dzięki uprzejmości Margaret McFall-Ngai / UW-Madison University Komunikacja


Wydawałoby się, że po raz, że ludzie badają bakterie, drobnoustroje te naukowcy odkryli wszystkie swoje tajemnice - bo nie wiele można ukryć pod obiektywem mikroskopu. Do niedawna, bakterie były postrzegane jako proste, prymitywnych stworzeń, prowadzi monotonne życie nudne. Według francuskiego genetyka François Jacob (Fran ois Jacob) Jedynym celem istnienia bakterii - jest z grubsza produkowane własnego rodzaju. Ostatnie badania wskazują jednak, że życie bakterii jest znacznie bardziej nasycony. Komunikują się ze sobą, „płeć”, a nawet łączyć w grupy i rajdy przeciwko nam, ludziom.

quorum sensing

Pierwszy Odkrycia dokonano na początku lat 60-tych w dziedzinie życia społecznego, a przyszedł do kolonii bakterii świecące bakterie Vibrio fischeri. Bakterie te kolonizują ciało kałamarnicy jest, mieszka na płyciznach wokół Wysp Hawajskich. Podczas gorącego dni odpoczynku kalmary, zakopane w piasku na dnie morza, aw nocy na polowanie. W księżyca, ciemne ciało kałamarnicami staje się zauważalne drapieżnikami, ale bakterie obejmujące skórę kalmara, tworzą niebieskawą poświatę jak księżyca. To rodzaj przebraniu.

Mikrobiolog Woodland Hastings (Woodland Hastings) Widziałem niesamowite rzeczy. Colonia Vibrio fischeri w murach laboratorium podwoiła swoje numery co dwadzieścia minut, ale ilość pigmentu świetlnego - lucyferaza - Pobyt na poziomie pracy przez wiele godzin. Tak więc, natężenie światła nie zależy od liczby. Tylko wtedy, gdy kolonia bakterii rośnie zbyt duża ilość lucyferazy zaczęła rosnąć słaby.

W jaki sposób bakterie wiedzieć ile produkować pigment? Naukowcy stało się oczywiste, że bakterie są w stanie oszacować liczby członków kolonii, i działać w tej sprawie. Jest to zdolność bakterii do wspólnego działania nazywany „quorum sensing” (quorum sensing). Dr Hastings lekceważyć swoje odkrycie, wierząc, że „quorum sensing” należy tylko do bakterii morskich, można tylko Vibrio fischeri. Hastings uczeń Kenneth Nielson (Kenneth Nealson) Próbowałem kilka razy do publikowania prac w czasopismach naukowych w dziedzinie mikrobiologii, gdzie pisał o komunikacji między bakteriami Vibrio fischeri. Publikacja została odrzucona, ponieważ sądzono, że bakterie nie są społeczne.

Dziś jednak, badanie świata bakterii nie jest bez badań w komunikacji międzykomórkowej, a termin „quorum sensing” stał się jednym z podstawowych pojęć współczesnej mikrobiologii.

W mikroskopie zdjęć z nagromadzonych bakterii Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) w botriomikoze. Zdjęcie: CDC / Dr. Lucille K. George


Tak więc, dla bakterii Pseudomonas aeruginosa (z Pseudomonas aeruginosa), powodując choroby zakaźne człowieka, nie wykazał zdolności włączenia społeczności - biofilmu. U ludzi, bakterie są narażone na ataki ze strony komórek układu odpornościowego - białych krwinek. Znalezienie przybliżenie białych krwinek, bakteria wysyła sygnał ostrzegawczy do krewnych i razem zaczynają wytwarzają więcej ramnolipidov, które są przymocowane do powierzchni biofilmu i zniszczyć leukocytów. W rezultacie kolonia jest chroniony.

To samo zjawisko ma podstawę oporności bakteryjnej na antybiotyki, a także patogenezie śmiertelnych chorób bakteryjnych. Tak, gronkowiec (Staphylococcus aureus) atakuje organizm nie jest w porządku, ponieważ produkcja toksyny z zaledwie kilku komórek wywoła silną odpowiedź immunologiczną. Oczywiście ma to sens czekać, aż liczba bakterii znacznie wzrośnie, a następnie zaatakować. W tej sytuacji, ludzki układ odpornościowy nie jest w stanie powstrzymać atak bakterii i rozwijać niebezpieczne infekcje skóry, tkanek miękkich, kości i stawów.

Odkrycie komunikacji bakteryjnej mogą rozważyć nie tylko podstawy mikrobiologii, ale też wygląda na ewolucję życia. Biorąc pod uwagę, że bakterie były pierwszymi stworzeniami infesting ziemię, staje się jasne, że komunikacja społeczna nie pojawiają się w toku ewolucji żywych istot w późniejszych etapach, służył jako fundament dla pomyślnego rozwoju życia na naszej planecie.

Jak oni to robią?

Sygnalizacji międzykomórkowej u bakterii jest obecnie przedmiotem intensywnych badań, ponieważ, jeśli nauczysz się rozumieć „język” bakterii, możliwe jest oswajanie wielu chorób. Dla nowego dzielenia się wiedzą jest regularnie specjalistyczne Konferencja na temat bakterii sygnalizacji międzykomórkowej.

Cząsteczki sygnałowe w bakteriach są chemikalia. W rzeczywistości, jest to feromony alarmowe prototyp u ludzi.

Profesora biologii molekularnej Bonnie Bassler (Bonnie Bassler) Znalazła się wśród światowych liderów w dziedzinie komunikacji bakterii. Bada cholerę komunikacyjnego (Vibrio cholerae). W naturze przecinkowca cholery znajduje się w zbiornikach wodnych, a ludzki przewód pokarmowy stanowi alternatywny komfortowych warunków.

Każdy bakteryjne sygnałowych cząsteczki wytworzone - autoinducers (CAI-1 i AI-2). Receptory na powierzchni komórek bakteryjnych są w stanie dostrzec obecność autoinducer. Przy niskiej gęstości zaludnienia autoinducers niewystarczająca, i w konsekwencji, aktywność konkretnego genu hapR niskie. Taki stan pozwala cholera aktywnie zwiększać populację i tworzą biofilm (biofilmu). Przy wysokiej liczby komórek autoinducers wzrostem stężenia, które wzmaga ekspresję genu hapR i prowadzi do powstania enzymu - proteazy hemaglutyniny. Enzym ten pomaga poszczególne komórki, aby wyjść z biofilmu mogą łatwo opuścić ciało, a człowiek staje się domokrążca infekcji.

mikroflory jamy ustnej zwykle reprezentowane przez różne gatunki bakterii. Próchnicy, choroby przyzębia i inne choroby pojawiają się, kiedy zakłócenia równowagi mikrobiologicznej. Zdjęcia (licencja Creative Commons): Sherman Tan


Co ciekawe, nawet w obrębie populacji komórek bakteryjnych, istnieje kilka osób, które są „jak freebie”. Komórki te są częścią społeczności, więc korzystać ze wszystkich przywilejów, jednak nie przyczyniają się do wspólnej sprawy. Mikrobiolog Martin Schuster (Martin Schuster) W Oregon State University (Oregon State University) Wykazały, że obecność w populacji „darmozjadów” może być prawdziwa tragedia. Pomyślny rozwój i przekazywanie bakterii Pseudomonas aeruginosa pożywce odżywczej bogatej w niezbędne węgla. Po setkach pokoleń bakterii wśród nich jest grupa amatorów „gratisy”, które nie reagują na zwykłych sygnałów zewnętrznych. W serii odrębnych doświadczeń wraz ze wzrostem liczby „hacków” obserwowane spowolnienie w populacji bakterii. Podobno w naturze istnieją specjalne mechanizmy, które pozwalają kontrolować reprodukcję „hacków”, a tym samym chronić populację jako całość.

Komunikacja w bakteriach wielopłaszczyznowy. To jest tak skomplikowane, jak relacje między państwami. Jednym z najbardziej interesujących i unikalnych przykładów - symbioza pożytecznych bakterii w jamie ustnej ludzkich patogenów, które powodują nieprzyjemny zapach i próchnicy zębów. Mikroflora ludzkiego jamy ustnej ma pięćset rodzaje bakterii. Rozwój pokoleń bakterii jest określona przez częstotliwość codziennych procedur higieny jamy ustnej. Ponadto każdy członek społeczności powinien być w stanie odróżnić „nas” od „obcych”, aby zrozumieć, jakie sygnały biologiczne pochodzą z podobnych bakterii, a które nie są istotne i powinny być ignorowane. Jako wspólnota, każdy rodzaj bakterii musi określić jego rozmiar i reagować na zmieniające się czynniki zewnętrzne. Jeżeli saldo dostosowane jest zakłócony, to prowadzi do rozwoju chorób jamy ustnej.

Intrygujące wyniki pokazały, grupa naukowców z Uniwersytetu w Birmingham (University of Birmingham). Jan Kreft (Jan Kreft) i jego współpracownicy wykorzystali model matematyczny wykazały, że stężenie autoinducer-materii nie jest taki sam w populacji bakterii. Tam skupiska bakterii, które są otoczone wyższym stężeniu autoinducer od sąsiednich komórek. Deagle mikrobiolog Steve (Steve Diggle) z powodzeniem rozwinął tę ideę poprzez wykazanie, że bakterie w sąsiedztwie, często mają wspólnego przodka, więc są krewni tej samej rodziny. Stwierdzono, że komórki mają podobną związanych autoinducer próg wrażliwości, która różni się od innych rodzin. Tak więc, rodzina bakterie dosłownie można „włączyć głuchy” to, co mówią sąsiedzi.

Seks jest dobry dla zdrowia

Do niedawna seks był uważany za przywilej wysoce zorganizowanych istot, podczas gdy bakterie miały ramnozhalis tylko prosty podział na dwie części, na dwie nowe komórki. noblista Edward Tate (Edward Tatum) Yale University (Yale University) Wykazały, że Bakterie mogą także osuszony. Jednak zdarza się to tylko w razie potrzeby. W ten sposób, linia bakterii Escherichia coli (Escherichia coli), zwykle zamieszkujących ludzkich jelitach eksponowano na promieniowanie rentgenowskie. To promieniowanie niszczy DNA i mutacji powodujących z poważnymi konsekwencjami. W wyniku tego udało się wyizolować dwie grupy bakterii.

Jeden z nich nie mógł syntetyzować witaminy niezbędne do życia, w drugiej trudności zwanej syntezy aminokwasów. Po zmieszaniu z dwóch grup komórek udało się uzyskać całkowicie normalne osoby. Okazuje się, że „wadliwe” bakterie połączyły się wyeliminować mutacje i zdrowy materiał genetyczny do pożyczania od siebie. Ten transfer genów pomiędzy jednostkami równorzędnymi nazywany horyzontalnego transferu genów.

Dwie grupy wadliwe bakterii Escherichia coli (E. coli), odwróciła zdrowych bakterii wystarczy seksu dokładniej realizacji horyzontalnego transferu genów. Zdjęcie: CDC / Narodowy coli, Shigella, Vibrio Jednostka odniesienia przy CDC


horyzontalnego transferu genów umożliwia bakterii otrzymać z innych grup bakterii może wielokomórkowe organizuje ewolucyjne zalety. Rzeczywiście, dlaczego wyważać otwartych drzwi, kiedy można po prostu pożyczyć? Systematyczne badania na Uniwersytecie w Bath (University of Bath) Wskazuje, że około 25 900 genów, odpowiedzialny za przemianę materii bakterii Escherichia coli, dodano za pomocą transferu horyzontalnego w ciągu ostatnich stu milionów lat.

Według badań, geny te zostały zapożyczone od gatunku dość ściśle powiązane i Escherichia coli pomogły lepiej dostosować się do życia społecznego, aby skutecznie komunikować się w obrębie populacji i przetrwać w obliczu niebezpieczeństwa. Tak więc, w wyniku poziomego przenoszenia genów bakterii mogą nabywać oporność na antybiotyki.

Badanie życiu społecznym bakterii pozwala naukowcom zrozumieć dokładnie, jak te organizmy odporne na negatywny wpływ środowiska i jak uda się „pokonać” silne leki. Jest to dość oczywiste: aby były słabe i bezbronne, człowiek musi nauczyć się zerwać więzy w tej Unii szkodniki.