«Чувство локтя» у бактерий
На этой неделе были названы имена лауреатов премии Шао 2015 года. Созданная филантропом и гонконгским предпринимателем Шао Ифу (1907 – 2014) премия присуждается с 2004 года за успехи в области астрономии, наук о жизни и математики.
Семеро лауреатов премии Шао потом взяли Нобелевскую премию. Определяющий лауреатов фонд (The Shaw Prize Foundation) формирует три комитета для выбора кандидатов в каждой из областей.
После этого решение о присуждении каждой премии принимается Советом фонда. Имена награжденных становятся известны в июне, а праздничная церемония происходит в последних числах Сентября в Гонконге.
Колония бактерий Paenibacillus vortex
© Wikimedia Commons
В текущем году премию в области наук о судьбы взяли американские молекулярные биологи Бонни Басслер и Эверетт Питер Гринберг «за открытие «эмоции кворума» – свойства бактерий общаться и координировать поведение между собой, что предлагает новые пути борьбы с бактериальными патогенами и модуляции микробиома для медицинских целей».
Продолжительное время ученые не думали, что такие существа, как бактерии, способны как-то общаться между собой и координировать неспециализированные действия. Чувство кворума (quorum sensing) разрешает им получать этого.
Механизм этого явления содержится в том, что при помощи выделяемых во окружающую среду веществ бактерии смогут определять, как большое количество их сородичей находится рядом. В то время, когда бактерий выясняется достаточно большое количество, концентрация сигнального вещества возрастает, и в следствии все бактерии одновременно определенным образом изменяют собственный поведение.
На молекулярном уровне это обеспечивается тем, что при достижении пороговой концентрации сигнального вещества у бактерий существенно возрастает активность определенного гена. Данный, казалось бы, несложный принцип разрешает бактериям реагировать на трансформации внешних условий не как отдельным существам, а подобно клеткам единого организма.
Чувство кворума разрешает бактериям пережить дефицит питательных веществ, противостоять бактериям-опасным токсинам и конкурентам. Патогенные бактерии координируют свои силы при заражении организма-хозяина, дабы противостоять его иммунной совокупности.
Время от времени в более широком смысле термин «чувство кворума» используют к описанию поведения вторых организмов: насекомых либо кроме того позвоночных. Либо кроме того пробуют создать владеющих таковой свойством роботов.
Схема остается такой же: при достижении определенной плотности коллектива, поведение его участников скоординировано изменяется.
Обширно известно, к примеру, что из личинок саранчи смогут развиться оседлая либо перелетная форма этого насекомого в зависимости от того, большое количество либо мало таких личинок находится в данном месте. Кроме этого чувство кворума, обеспеченное визуальной коммуникацией, играет роль в жизни колоний публичных насекомых.
Любой пчеловод знает, что, в то время, когда население улья делается через чур громадным, направляться ожидать роение. В улье покажется новая матка, а часть пчел совместно со ветхой маткой его покинет, дабы поселиться на новом месте.
Рой вылетевших из улья пчел усаживается где-нибудь на дереве либо на выступе строения, а пчелы-разведчики начинают искать хорошее место для нового дома. На пасеке, в большинстве случаев, сейчас подбегает пчеловод, сметает целый рой в особый мешок и относит его в заблаговременно заготовленный безлюдный улей.
В случае если же пчелы должны сами решить, это происходит так. Пчелы, отыскавшие подходящую для поселения полость (пещерку в горах, нишу в строении, пространство под досками крыши), возвращаются в том направлении, где расположился рой, и начинают при помощи пчелиного танца, приспособленного для указания направления, агитировать вторых пчел лететь как раз в том направлении.
Часть пчел «поддается агитации» и посещает выбранное место. Возвратившись, все они опять делают танец, пока наконец их число не достигнет пороговой величины и целый рой не снимется с места и не отправится на новое жительство.
Опыты продемонстрировали, что таким методом пчелиный рой оказывается талантливым выбрать лучшее новое гнездо из четырех – пяти предложенных. Сходным образом определяют место для нового муравейника при разрушения ветхого муравьи вида Temnothorax albipennis.
В одном изучении 2006 года было найдено чувство кворума у атлантической сельди, которое оказывает помощь рыбам любой вечер в течение периода размножения планировать в большие косяки и отправляться на нерест на мелководье. Поведение рыб изменяется при достижении определенной плотности – 0,2 сельди на квадратный метр.
В то время, когда это происходит, сельди начинают ускоренно плыть друг к другу, образуя многомиллионную свору. По окончании метания икры, сельди возвращаются на глубину и снова до следующего вечера плавают поодиночке.
Но мы возвратимся к эмоции кворума у бактерий. Как раз у этих существ оно было в первый раз найдено и у них оно самый изучено. Коммуникация у бактерий, напомним, химическая, трансформации в поведении достигаются при реакции на концентрацию определенного вещества.
Одно из первых изучений эмоции кворума было сделано на бактериях Aliivibrio fischeri. Это способные к люминесценции морские бактерии, что смогут жить вольно в воде, а смогут обитать в организме кальмара (Euprymna scolopes).
Живущие раздельно бактерии не светятся, в случае если же они обитают в определенных органах кальмара – фотофорах, они начинают светиться. «Фонарик» кальмара находится в его мантийной полости, в том месте созданы очень благоприятные условия для жизни бактерий. Так как бактерий в том месте скапливается большое количество в мелком количестве, возрастает концентрация выделяемого ими вещества (ацил-гомосерин-лактона, AHL).
Рецепторы бактерий реагируют на возросшую концентрацию AHL, активизируется ген, что кодирует фермент люциферазу, и бактерии начинают светиться.
Некое время думали, что чувство кворума на базе AHL характерно лишь морским люминесцирующим бактериями. Но в девяностых стало известно, что оно распространено куда шире.
К примеру, открыли, что это же вещество заставляет поражающую растения бактерию Pectobacterium carotovorum синтезировать антибиотик, что оказывает помощь ей подавлять соперничающих бактерий. Кроме этого при достижении достаточной плотности эти бактерии начинают выделять ферменты (пектиназы и целлюлазы), каковые необходимы для разрушения клеточных стенок растений.
Бактерия, узнаваемая называющиеся синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) кроме этого применяет AHL. В то время, когда синегнойных палочек делается достаточно большое количество, они начинают выделять эластазу, которая делает проницаемым эпителий человека, нарушая соединения между клетками, и разрушает вещества, важные за иммунный ответ.
В следствии у больного развивает тяжело излечиваемая зараза. В этих обстоятельствах бактерии палочки напоминают злодеев, каковые договариваются напасть на жертву, лишь в то время, когда их соберется достаточно большое количество.
Само собой разумеется, у бактерий имеется и другие вещества, снабжающие чувство кворума. К примеру, автоиндуктор-2 (autoinducer-2, AI-2).
Его применяют около 30 видов бактерий, а также, к примеру, кишечная палочка. У некоторых бактерий роль сигнальных веществ выполняют биогенные амины, вещества, каковые у многоклеточных животных выступают как гормоны и нейромедиаторы.
В полной мере быть может, что при происхождении многоклеточных организмов сотрудничество между отдельными клетками начали снабжать те же механизмы, что несли ответственность за эмоцию кворума у их одноклеточных предков.
Познание механизмов, важных за эмоцию кворума у патогенных бактерий, разрешает людям изобрести новые способы борьбы с заболеваниями, к примеру, отыскав метод уничтожить сигнальное вещество и не допустить активизацию бактерий. Но, в природе эти способы были изобретены значительно раньше.
Обнаружилось, к примеру, что австралийская водоросль Delisea pulchra борется с поселяющимися на ее поверхности колониями бактерий Serratia liquefaciens, выделяя вещество, которое мешает эмоции кворума.
Источник: Максим Руссо polit.ru
АБВГДейка. Совместно радостно шагать, либо что такое чувство локтя
