Межклеточные коммуникации
Этапы и направления, оценка роли и значения развития у бактерий механизмов детекции конкурентов и растительных либо животных хозяев и системы "быстрого реагирования" на подобные контакты. Методика и принципы регуляции синтеза экзоферментов у Erwinia.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.06.2013 |
| Размер файла | 2,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат
Межклеточные коммуникации
Межклеточные коммуникации. Quorum sensing
Дабы преуспеть, бактерии должны быть приспособлены к выживанию и существованию в сложных микробных сообществах. Взаимодействия между микроорганизмами в таких сообществах, равно как и между патогенными микроорганизмами и их хозяевами зависят от экспрессии специфических генов, участвующих в этих взаимодействиях. Не удивительно, что бактерии выработали механизмы детекции конкурентов и растительных либо животных хозяев и системы «быстрого реагирования» на подобные контакты. Во многих случаях экспрессия определенного набора генов будет зависеть от достижения бактериальной популяцией определенной плотности. Например, путем задержки экспрессии факторов вирулентности до тех пор, пока не будет достигнута высокая плотность популяции, патогены растений могут избегать защитной реакции своих хозяев.
У животных и растений проникающие через мембрану сигнальные молекулы, такие как стероидные и брассиностероидные гормоны, метилжасминат и др., являются хорошо изученными регуляторами развития, дифференциации клеток и метаболизма в целом. В последние годы у бактерий тоже были обнаружены сигнальные молекулы такого рода - ацилированные производные гомосеринлактона (АГСЛ), участвующие в межклеточной коммуникации. Бактерии используют эти молекулы прежде всего для того, чтобы следить за плотностью своей популяции. Этот феномен получил название «Quorum sensing» (чувство кворума). Каждая клетка в популяции продуцирует низкий базальный уровень свободно диффундирующего АГСЛ за счет активности специфического фермента,
АГСЛ синтетазы, как правило, члена LuxI_семейства белков. С возрастанием плотности бактериальной популяции концентрация АГСЛ также возрастает. При достаточно высокой плотности, т. е. по достижении кворума, накопленный АГСЛ взаимодействует с рецепторным белком, обычно с членом LuxR_семейства белков-регуляторов транскрипции, которые изменяют уровень экспрессии АГСЛ - зависимых генов. У различных бактерий принцип действия АГСЛ-зависимой регуляции сохраняется, хотя набор регулируемых генов может быть совершенно разным. Первой (в 1970 г.) была описана АГСЛ-сенсорная система морской бактерии Vibrio fisheri, где «чувство кворума» регулирует экспрессию генов биолюминесценции (lux). У других бактерий тот же механизм регулирует экспрессию генов вирулентности (Pseudomonas aeruginosa, Erwinia carotovora), конъюгационного переноса Т-ДНК (Agrobacterium tumefaciens), подвижность (Serratia liquefaciens), продукцию антибиотиков (Erwinia carotovora) и др (Рис. 12.1). Когда бактерии Vibrio fisheri колонизируют специальные органы некоторых видов рыб и кальмаров, они начинают светиться в результате активации lux_оперона, кодирующего фермент люциферазу, непосредственно производящий свечение, и ряд ферментов, определяющих синтез субстрата для люциферазы - алифатического альдегида, энергия окисления которого и расходуется на свечение. Продукт гена luxI кодирует синтез АГСЛ, в данном случае N - (3_оксогексаноил) - L_гомосеринлактона. Это вещество способно свободно диффундировать во внешнюю среду через бактериальные мембраны. Во время периода несимбиотической жизни Vibrio fisheri в морской воде АГСЛ в результате такой диффузии не накапливается в клетке и бактерия не тратит энергию на свечение. С другой стороны, при быстром росте в богатой среде световых органов хозяина, где плотность клеток бактерий достигает 1010 на миллилитр, АГСЛ накапливается в бактериальных клетках, приводя к индукции люциферазного оперона.
Самой по себе аккумуляции АГСЛ в клетке недостаточно для активации экспрессии люциферазных генов. Еще один ген, luxR, кодирует транскрипционный активатор, который взаимодействует с АГСЛ. Этот белок имеет два четко выраженных домена. Карбокси-концевой содержит HTH мотив, отвечающий за связывание белка с ДНК в специфических симметричных участках, называемых lux_боксами. Эти короткие (20 н.п.) последовательности были идентифицированы в промоторных областях многих генов, регулируемых АГСЛ. Амино-концевой домен LuxR взаимодействует с АГСЛ. Предполагается, что в отсутствие АГСЛ C_концевой ДНК-связывающий домен экранируется N_концевым доменом, что предотвращает связывание с ДНК. Связывание АГСЛ N_концевым доменом вызывает конформационное изменение, позволяющее амино-концевому домену LuxR связаться с lux_боксами и активировать транскрипцию.
Интересно, что не все LuxR_подобные белки являются активаторами транскрипции. Белки EsaR и ExpR, продуцируемые растительными патогенами Pantoea stewartii и Erwinia carotovora, являются репрессорами. Для этих белков связывание АГСЛ снижает их аффинность к lux_боксам. Тогда как большинство LuxR_подобных активаторов связывается с lux_боксами, перекрывающимися с -35 областью промотора, EsaR связывается в области -10, что, естественно, предотвратит инициацию транскрипции.
Рис. 1 Автоиндукторы грамотрицательных бактерий
Синтез АГСЛ
АГСЛ имеют общую структуру алифатической цепочки различной длины, присоединенной через амидную связь к лактонизированному остатку гомосерина.
Рис. 2. Ситез АГСЛ и механизм его действия
LuxI катализирует связывание S_аденозилметионина (SAM) с жирнокислотной цепочкой, синтезированной при участии ацил-ацил переносящего белка (ACP). Последующая за образованием амидной связи лактонизация S_аденозилметионина приводит к образованию кольца, освобождению АГСЛ и образованию побочного продукта - 5_метилтиоаденозина (MTA).
Регуляция синтеза экзоферментов у Erwinia
Фитопатогенные бактерии Erwinia carotovora продуцируют довольно широкий спектр гидролитических ферментов, деградирующих клеточные стенки растений. К таким ферментам относятся пектатлиазы, целлюлазы, полигалактуроназы и протеазы. Развитие этого патогена в растениях ведет к индукции этих ферментов, результатом чего является мацерация растительных тканей и развитие симптомов мягкой гнили. Продукция внеклеточных ферментов зависит от накопления N_3_оксогексаноил-L_гомосерин лактона, синтез которого детерминируется гомологами LuxI, которые у разных штаммов называются ExpI, CarI и HslI. Рядом с геном expI находится expR - гомолог luxR. Мутанты по гену expI имеют сниженную, а по гену expR - повышенную продукцию экзоферментов.
Рис. 3 Регуляция синтеза факторов вирулентности Erwinia посредством АГСЛ
бактерия детекция животный экзофермент
Кроме того, некоторые штаммы Erwinia carotovora продуцируют в-лактамные антибиотики широкого спектра действия - карбапенемы. Синтез карбапенемов координирован с экспрессией экзоферментов и может служить для ингибирования других бактерий при конкуренции за питательные вещества, высвобождающиеся при мацерации растительных тканей. Синтез карбапенемов контролируется парой белков CarR и CarI, гомологичных, но не идентичных по своим функциям ExpR и ExpI. CarR и ExpR не взаимозаменяемы, но АГСЛ, продуцируемый CarI, идентичен таковому ExpI. Продукция экзоферментов у Erwinia контролируется дополнительно еще несколькими регуляторными системами.
Роль АГСЛ-сигналов в экологии бактериальных популяций
Кросс-сигналы (и ингибирование антибиотиками). Рассмотренный нами только что способ коммуникаций между бактериальными клетками за счет секретируемых небольших молекул-феромонов достаточно широко распространен в природе, но далеко не всегда молекулярные механизмы, лежащие в его основе, аналогичны только что описанным. Например, грамположительные бактерии вместо АГСЛ используют короткие пептиды в качестве феромонов. Будучи пептидами, эти молекулы не могут свободно проникать через мембраны и поэтому активно секретируются из бактериальной клетки, используя мембранные транспортеры ABC_класса. Пептидные сигналы, естественно, не могут также проникнуть и внутрь клетки-мишени, а посему распознаются снаружи типичной сенсор-киназой, передающей сигнал (в виде фосфогруппы) внутриклеточным регуляторам. Таким образом регулируются компетентность и споруляция у Bacillus subtilis, вирулентность у Staphylococcus aureus, конъюгация у Enterococcus faecalis и продукция микроцина у Lactobacillus sake.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие и значение селекции как науки о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Оценка роли и значения микроорганизмов в биосфере, и особенности их использования. Формы молочнокислых бактерий.
презентация [1,1 M], добавлен 17.03.2015Сущность и сравнительная характеристика прокариотов и эукариотов. Понятие и структура вирусов, механизм их жизнедеятельности и оценка влияния на организм. Строение бактерий и их разновидности. Отличительные свойства животных и растительных клеток.
презентация [2,1 M], добавлен 12.02.2017Предпосылки для возникновения нервной системы, сущность и этапы ее филогенеза. Образование единой нейрогуморальной регуляции при ведущей роли нервной системы. Функции и задачи нервной системы. Нервная система беспозвоночных и позвоночных животных.
реферат [24,9 K], добавлен 06.11.2010Сущность этологии - системы достоверных знаний биологических основ, закономерностей и механизмов поведенческих актов животных. Целенаправленная адаптивная форма поведения, обусловленная врожденными механизмами. Инстинкты, формы научения и коммуникации.
курсовая работа [96,4 K], добавлен 07.08.2009Классификация различных регуляторных механизмов сердечно-сосудистой системы. Влияние автономной (вегетативной) нервной системы на сердце. Гуморальная регуляция сердца. Стимуляция адренорецепторов катехоламинами. Факторы, влияющие на тонус сосудов.
презентация [5,6 M], добавлен 08.01.2014Почва как среда обитания и основные эдафические факторы, оценка ее роли и значения в жизнедеятельности живых организмов. Распределение животных в почве, отношение растений к ней. Роль микроорганизмов, растений и животных в почвообразовательных процессах.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 04.02.2014Биосенсор - устройство, включающее биологический чувствительный элемент, связанный с преобразователем либо интегрированный с ним. Основные биосенсоры на основе растительных и животных тканей. Возможное использование биосенсоров в клинической медицине.
курсовая работа [310,7 K], добавлен 13.04.2009Классификация межклеточных контактов. Понятие, характеристика, функции замыкающих (рыхлый, плотный), адгезионных (десмосомы), проводящих (синапсы, нексусы) межклеточных контактов, гемидесмосомы, рецепторов. Аутоиммунное заболевание, поражающее десмосомы.
курсовая работа [218,2 K], добавлен 13.04.2009Понятие и направления расселения растений. Определение термина "семя" в ботанике, основные этапы его развития и оценка значения в природе. Классификация типы, особенности строения, принципы распространения. Структура и элементы, формирование плода.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.06.2015Изучение рефлекторной теории и её принципов: материалистического детерминизма, структурности, анализа и синтеза. Характеристика понятия рефлекса, его значения и роли в организме. Рефлекторный принцип построения нервной системы. Принцип обратной связи.
реферат [16,0 K], добавлен 19.02.2011Роль эндокринной системы в регуляции основных процессов жизнедеятельности животных и человека. Свойства, классификация, функции, и биологическая роль гормонов эндокринных желез. Анализ проблемы йоддефицитных заболеваний человека и животных в России.
курсовая работа [39,3 K], добавлен 02.03.2010Фотосинтез как уникальный процесс, протекающий на Земле в листьях зеленых растений и в клетках некоторых бактерий, схема и этапы реализации данного процесса, физическое и биологическое обоснование. Оценка роли фотосинтеза в биосферных процессах.
презентация [231,1 K], добавлен 17.12.2013Предмет, задачи и этапы развития микробиологии, ее значение для врача. Систематика и номенклатура микроорганизма. Механизмы резистентности бактерий к антибиотикам. Генетика бактерий, учение об инфекции и иммунитете. Общая характеристика антигенов.
курс лекций [201,9 K], добавлен 01.09.2013Окислительно-восстановительные реакции, идущие с образованием молекулы АТФ. Облигатные аэробы, облигатные анаэробы, факультативные анаэробы. Рост и размножение бактерий. Пигменты и ферменты бактерий. Основные принципы культивирования микроорганизмов.
реферат [12,8 K], добавлен 11.03.2013Понятие и классификация почвенных животных, из разновидности и оценка экологической роли. Три размерные группы – микро-, мезо- и макрофауна. Почвенно-зоологические исследования жизнедеятельности и значения многоножек. Мегафауна почв, ее структура.
реферат [112,0 K], добавлен 26.08.2015Рассмотрение разнообразия, количественных показателей водных моллюсков биотопов в контексте современных исследований. Места их обитания как первых промежуточных хозяев описторхид. Сравнение инвазированности моллюсков в водоемах городских территорий.
курсовая работа [513,0 K], добавлен 30.01.2014Принципы и понятия синтетической теории эволюции. Концепции микро- и макроэволюции, их сравнительное описание, содержание и распространенность. Проблемы и перспективы развития исследуемой теории, тенденции на современном этапе, оценка роли и значения.
презентация [605,5 K], добавлен 28.02.2015Генетическая система бактерий. Полимеразная цепная реакция. Применение генетических методов в диагностике инфекционных заболеваний. Метод молекулярной гибридизации. Особенности генетики вирусов. Системы репарации бактерий. Взаимодействие вирусных геномов.
презентация [2,6 M], добавлен 13.09.2015Определение термина "дыхательная система", ее функции. Функциональная анатомия системы дыхания. Онтогенез органов дыхания во время внутриутробного развития и после рождения. Формирование механизмов регуляции дыхания. Диагностика и лечение заболеваний.
курсовая работа [68,8 K], добавлен 02.12.2014Изучение истории, разнообразия, особенностей строения, свойств и значения вирусов. Отличия дезоксивирусов и рибовирусов. Вирусные заболевания человека (корь, СПИД, ВИЧ), заболевания животных, насекомых, растений. Бактериофаги - "пожиратели бактерий".
презентация [976,8 K], добавлен 20.10.2013
