Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
11 декабря 2016, воскресенье, 05:15
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

«Чувство локтя» у бактерий

Колония бактерий Paenibacillus vortex
Колония бактерий Paenibacillus vortex
Wikimedia Commons

На этой неделе были названы имена лауреатов премии Шао 2015 года. Учрежденная гонконгским предпринимателем и филантропом Шао Ифу (1907 – 2014) премия присуждается с 2004 года за достижения в области астрономии, наук о жизни и математики. Семеро лауреатов премии Шао впоследствии получили Нобелевскую премию. Определяющий лауреатов фонд (The Shaw Prize Foundation) формирует три комитета для выбора кандидатов в каждой из областей. Затем окончательное решение о присуждении каждой премии принимается Советом фонда. Имена награжденных становятся известны в начале лета, а торжественная церемония происходит в конце сентября в Гонконге.

В этом году премию в области наук о жизни получили американские молекулярные биологи Бонни Басслер и Эверетт Питер Гринберг «за открытие "чувства кворума" – способности бактерий общаться и координировать поведение друг с другом, что предлагает новые пути борьбы с бактериальными патогенами и модуляции микробиома для медицинских целей».

Долгое время ученые не предполагали, что такие существа, как бактерии, способны как-то общаться между собой и координировать общие действия. Чувство кворума (quorum sensing) позволяет им добиваться этого. Механизм этого явления заключается в том, что при помощи выделяемых во внешнюю среду веществ бактерии могут определять, насколько много их сородичей находится неподалеку. Когда бактерий оказывается достаточно много, концентрация сигнального вещества возрастает, и в результате все бактерии одновременно определенным образом изменяют свое поведение. На молекулярном уровне это обеспечивается тем, что при достижении пороговой концентрации сигнального вещества у бактерий значительно возрастает активность определенного гена. Этот, казалось бы, простой принцип позволяет бактериям реагировать на изменения внешних условий не как отдельным существам, а подобно клеткам единого организма. Чувство кворума позволяет бактериям пережить нехватку питательных веществ, противостоять бактериям-конкурентам и опасным токсинам. Патогенные бактерии координируют свои усилия при заражении организма-хозяина, чтобы противостоять его иммунной системе.

Иногда в более широком смысле термин «чувство кворума» применяют к описанию поведения других организмов: насекомых или даже позвоночных. Или даже пытаются создать обладающих такой способностью роботов. Схема остается такой же: при достижении определенной плотности коллектива, поведение его членов скоординировано меняется.

Широко известно, например, что из личинок саранчи могут развиться оседлая или перелетная форма этого насекомого в зависимости от того, много или мало таких личинок находится в данном месте. Также чувство кворума, обеспеченное визуальной коммуникацией, играет роль в жизни колоний общественных насекомых. Каждый пчеловод знает, что, когда население улья становится слишком большим, следует ожидать роение. В улье появится новая матка, а часть пчел вместе со старой маткой его покинет, чтобы поселиться на новом месте. Рой вылетевших из улья пчел усаживается где-нибудь на дереве или на выступе здания, а пчелы-разведчики начинают искать хорошее место для нового дома. На пасеке, как правило, в этот момент подбегает пчеловод, сметает весь рой в специальный мешок и относит его в заранее заготовленный пустой улей. Если же пчелы должны сами принять решение, это происходит так. Пчелы, нашедшие подходящую для поселения полость (пещерку в горах, нишу в здании, пространство под досками крыши), возвращаются туда, где расположился рой, и начинают при помощи пчелиного танца, приспособленного для указания направления, агитировать других пчел лететь именно туда. Часть пчел «поддается агитации» и посещает выбранное место. Вернувшись, все они снова выполняют танец, пока наконец их число не достигнет пороговой величины и весь рой не снимется с места и не отправится на новое жительство. Эксперименты показали, что таким способом пчелиный рой оказывается способным выбрать лучшее новое гнездо из четырех – пяти предложенных. Сходным образом определяют место для нового муравейника в случае разрушения старого муравьи вида Temnothorax albipennis.

В одном исследовании 2006 года было обнаружено чувство кворума у атлантической сельди, которое помогает рыбам каждый вечер в течение периода размножения собираться в крупные косяки и отправляться на нерест на мелководье. Поведение рыб меняется при достижении определенной плотности – 0,2 сельди на квадратный метр. Когда это происходит, сельди начинают ускоренно плыть друг к другу, образуя многомиллионную стаю. После метания икры, сельди возвращаются на глубину и вновь до следующего вечера плавают поодиночке.

Но мы вернемся к чувству кворума у бактерий. Именно у этих существ оно было впервые обнаружено и у них оно наиболее изучено. Коммуникация у бактерий, напомним, химическая, изменения в поведении достигаются при реакции на концентрацию определенного вещества. Одно из первых исследований чувства кворума было сделано на бактериях Aliivibrio fischeri. Это способные к люминесценции морские бактерии, который могут жить свободно в воде, а могут обитать в организме кальмара (Euprymna scolopes). Живущие отдельно бактерии не светятся, если же они обитают в определенных органах кальмара – фотофорах, они начинают светиться. «Фонарик» кальмара находится в его мантийной полости, там созданы особо благоприятные условия для жизни бактерий. Так как бактерий там скапливается много в маленьком объеме, возрастает концентрация выделяемого ими вещества (ацил-гомосерин-лактона, AHL). Рецепторы бактерий реагируют на возросшую концентрацию AHL, активизируется ген, который кодирует фермент люциферазу, и бактерии начинают светиться.

Некоторое время считали, что чувство кворума на основе AHL свойственно только морским люминесцирующим бактериями. Однако в 1990-е годы выяснилось, что оно распространено куда шире. Например, открыли, что это же вещество заставляет поражающую растения бактерию Pectobacterium carotovorum синтезировать антибиотик, который помогает ей подавлять конкурирующих бактерий. Также при достижении достаточной плотности эти бактерии начинают выделять ферменты (пектиназы и целлюлазы), которые нужны для разрушения клеточных стенок растений. Бактерия, известная под названием синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) также использует AHL. Когда синегнойных палочек становится достаточно много, они начинают выделять эластазу, которая делает проницаемым эпителий человека, нарушая соединения между клетками, а также разрушает вещества, ответственные за иммунный ответ. В результате у пациента развивает трудно излечиваемая инфекция. В этих случаях бактерии палочки напоминают злодеев, которые договариваются напасть на жертву, только когда их соберется достаточно много.

Конечно, у бактерий есть и другие вещества, обеспечивающие чувство кворума. Например, автоиндуктор-2 (autoinducer-2, AI-2). Его используют около 30 видов бактерий, в том числе, например, кишечная палочка. У некоторых бактерий роль сигнальных веществ исполняют биогенные амины, вещества, которые у многоклеточных животных выступают как гормоны и нейромедиаторы. Вполне возможно, что при возникновении многоклеточных организмов взаимодействие между отдельными клетками начали обеспечивать те же механизмы, что отвечали за чувство кворума у их одноклеточных предков.

Понимание механизмов, ответственных за чувство кворума у патогенных бактерий, позволяет людям изобрести новые методы борьбы с болезнями, например, найдя способ разрушить сигнальное вещество и предотвратить активизацию бактерий. Впрочем, в природе эти методы были изобретены гораздо раньше. Обнаружилось, например, что австралийская водоросль Delisea pulchra борется с поселяющимися на ее поверхности колониями бактерий Serratia liquefaciens, выделяя вещество, которое препятствует чувству кворума.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM iPhone MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика Анастасия Волочкова «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы сердце сериалы Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.