Кворум і хімічна комунікація в мікроорганізмів

Кворум  і хімічна комунікація в мікроорганізмів

 

Виконала  студентка 3 курсу

301-в  групи

Ліщинська Марія

Відчуття кворуму

 

До числа описаних процесів, які протікають лишь при достатньо високій концентрації популяції, належать наступні явища:

• Біолюмінісценція у морских бактерій (Vibrio fischeri, V. harveyi);
• Агрегація клітин міксобактерій і формуванння плодових тіл з спорами;
• Кон’югація з переносом плазмід у Enterococcus faecalis і споріднених видів, а також у бактерій роду Agrobacterium ;
• Формування клітин-швермеров у бактерій родів Proteus і Serratia;
• Синтез экзоферментів та інших факторів вірулентності у рослинних (Erwinia carotovora, E. hyacinthii и др.) и тваринних (Pseudomonas aeruginosa) патогенов;
• Утворення антибіотиків у представників роду Streptomyces і у Erwinia carotovora;
• Споруляція у бацил і актиноміцетів;
• Стимуляція росту стрептококів и ряду інших мікроорганизмов.

Дистантна хімічна комунікація

 

1. Ацильовані лактони гомосерину, які регулюють широкий круг концентраційно-залежних колективних процесів у грамнегативних бактерій;
2. пептиди, які регулюють кон’югаційний плазмідний перенос у Enterococcus, розвиток повітряного міцелію у Streptomyces, споруляцію у бацилл и др.;
3. амінокислоти и схожі до них амінні сполуки, які регулюють агрегацію бактеріальних клітин (E. coli, Salmonella typhimurium, Myxococcus xanthus) и формуванння швермерів у Proteus mirabilis.

Відчуття кворуму — здатність деяких бактерій (можливо й інших мікроорганізмів) спілкуватися і координувати свою поведінку за рахунок секреції молекулярних сигналів. 

 

Відкриття відчуття кворуму

Перше відкриття було зроблено на початку 60-х років минулого століття і стосувалося колонії бактерії Vibrio fischeri. Ці бактерії поселяються на тілі кальмарів, що живуть на мілинах навколо Гавайських островів.

 

Vibrio fischeri

 

 Бактерії, що покривають шкіру кальмара, продукують блакитнувате світіння, схоже на місячне світло. Це свого роду маскування від хижаків.

1) Кворум-залежні системи с лактонами гомосерину як агентами міжклітинної коммуникації (системи типу "luxI-luxR")

 

Свечение  является плотностно-зависимым процессом, т. е. не наблюдается в разбавленных клеточных суспензиях, например, просто в толще морской воды (плотность культуры менее 10² клеток/мл [70]). Свечение V. fischeri реализуется лишь в концентрированных культурах V. fischeri, в том числе в природных экологических нишах этой бактерии- в светящихся органах головоногого моллюска Euprymna scolopes, где плотность популяции достигает 10¹⁰-10¹¹ клеток/мл [70]

2) Кворум-зависимые системы с пептидными и белковыми феромонами

 

Спостерігається в таких видів:

 

Enterococcus faecalis

 

Bacillus subtilis

 

Streptococcus pneumoniae

 

 Staphylococcus aureus

 

Micrococcus luteus

 

Rhizobium

Стафілокок (Staphylococcus aureus) атакує організм не відразу, адже виробництво токсину всього декількома клітинами викличе сильну імунну відповідь, а тільки коли чисельність бактерій значно зросте і тоді почати атаку. У такій ситуації імунітет людини виявляється нездатним придушити бактеріальний натиск і розвиваються небезпечні інфекційні захворювання шкіри, м'яких тканин, кісток і суглобів.

3) Кворум-зависимые системы с феромонами аминной (аминокислотной) природы.

 

Myxococcus xanthus

 

E. coli

 

Rhodospirillum rubrum

 

Polyspondilum

 

Rhodobacter sphaeroides

Для бактерії Pseudomonas aeruginosa (синьогнійна паличка), що викликає інфекційні захворювання людини, була показана здатність об'єднуватися в співтовариства - біоплівки. В організмі людини бактерії піддаються атакам клітин імунної системи - лейкоцитів. Виявивши наближення лейкоциту, бактерія посилає попереджувальний сигнал родичам і вони разом починають виробляти більше рамноліпідів, які прикріплюються до поверхні біоплівки і руйнують лейкоцити. У результаті колонія виявляється захищеною.

 

 

Професор молекулярної біології Бонні Басслер вивчає комунікацію збудника холери (Vibrio cholerae).

Кожна бактеріальна клітина продукує сигнальні молекули - аутоіндуктори (CAI-1 і AI-2). Рецептори на поверхні бактеріальних клітин здатні сприймати присутність аутоіндукторів. При малій щільності популяції аутоіндукторів недостатньо і, як результат, активність особливого гена hapR низька. Такий стан дозволяє холері активно нарощувати популяцію і формувати біофільм (біоплівку). При високій чисельності клітин концентрація аутоіндукторів збільшується, що підсилює експресію hapR гена і приводить до формування ферменту – гемаглютинін протеази. Цей фермент допомагає окремим клітинам вийти з біоплівки: вони можуть легко покинути організм і людина стає рознощиком зарази.

Біоплі́вка або біофі́льм — складний (найчастіше мультивидовий) шар мікроорганізмів, що характеризується виділенням позаклітинної матриці, яка утримує мікроорганізми разом, виконує захисні функції та допомогає прикріплятися до поверхонь.

 

Утворення біоплівки починається з прикріплення вільно плаваючих мікроорганізмів до поверхні.

Перші колоністи полегшують прибуття інших клітин, забезпечуючи різноманітніші міжклітинні взаємодії та починаючи будувати позаклітинну матрицю, яка тримає біоплавку разом. Деякі види не можуть прикріплятися до поверхні самостійно, але можуть прикрепитися до матриці або безпосередньо до раніших колоністів. Як тільки колонізація почалася, біоплавка росте через комбінацію діління клітин та зовнішнього поповнення.

 

Біоплівка Bacillus licheniformis

 

Біоплівка біля гарячих джерел в Єллоустоуні у формі рогожі