Informacija

20: Mikrobų simbiozės – biologija

20: Mikrobų simbiozės – biologija



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Simbiozė, griežtai apibrėžtas, reiškia glaudų ryšį tarp dviejų organizmų. Nors daugelis žmonių šį terminą vartoja apibūdindami abiem dalyviams naudingus santykius, pats terminas nėra toks konkretus. A abipusis santykiai yra tokie, kuriuose naudos gauna abu partneriai, o a komensalistinis santykiai naudingi vienam partneriui, bet ne kitam. A patogeninis ryšys, vienas partneris gauna naudos kito sąskaita. Šiame skyriuje pateikiami keli simbiozės pavyzdžiai, kai mikrobai yra vienas iš partnerių.

Žmogaus mikrobiomas

Žmogaus mikrobiomas apibūdina genus, susijusius su visais žmogaus viduje ir ant jo gyvenančiais mikrobais. Visi 10^14! Mikrobai dažniausiai yra bakterijos, tačiau gali būti archaea, grybai ir eukartiozės mikrobai. Vietos apima odą, viršutinius kvėpavimo takus, skrandį, žarnas ir urogenitalinius traktus. Kolonizacija įvyksta netrukus po gimimo, kai kūdikiai įsigyja mikrobų nuo žmonių, paviršių ir daiktų, su kuriais jie liečiasi.

Žarnyno mikrobai ir žmogaus medžiagų apykaita

Dauguma mikrobų, susijusių su žmogaus kūnu, randami žarnyne, ypač praėjus maždaug 1–4 valandoms po valgio, kai mikrobų populiacija labai padidėja. Žarnyno mikrobiota yra labai įvairi ir apskaičiuota, kad žmogaus virškinimo trakte gyvena nuo 500 iki 1000 rūšių bakterijų (paprastai apibūdinama kaip 5-8 svarai bakterijų!).

Žarnyno mikrobai yra būtini šeimininko virškinimui ir mitybai, padeda virškinti, skaidydami angliavandenius, kurių žmonės patys negalėjo suskaidyti, išlaisvindami trumpos grandinės riebalų rūgštis iš nevirškinamų maistinių skaidulų. Be to, jie gamina vitaminus, tokius kaip biotinas ir vitaminas K.

Žarnyno mikrobai ir nutukimas

Dėl galimybės, kad ji gali turėti įtakos nutukimui, padidėjo susidomėjimas žarnyno mikrobų populiacija. Nors šiuo metu tai yra hipotetinė, tyrimai parodė, kad nutukusių pelių žarnyno mikrobų bendruomenė skiriasi nuo mikrobų, randamų nenutukusių pelių žarnyne. Firmikai bakterijos ir metanogeninės Archėja. Buvo teigiama, kad šie mikrobai efektyviau pasisavina maistines medžiagas.

Žmogaus mikrobiomas ir ligos

Įrodyta, kad mikrobiotos pokyčiai yra susiję su ligotomis būsenomis arba disbiozė. Preliminarūs tyrimai parodė, kad mikrobiota gali būti susijusi su reumatoidiniu artritu, gaubtinės ir tiesiosios žarnos vėžiu, diabetu, be nutukimo.

Tyrimas

Žmogaus mikrobiomų projektas (HMP) buvo JAV vykdoma tarptautinė tyrimų programa, kuri buvo skirta žarnyno mikrobiotos funkcijoms. Maždaug 200 mokslininkų naudojo pažangius DNR sekos nustatymo metodus, kad nustatytų, kokie mikrobai yra ir kokiose populiacijose.

Daugelis dabartinių mokslinių tyrimų projektų yra skirti nustatyti žmogaus mikrobiomo vaidmenį tiek sveikatai, tiek sergant liga. Nėra jokių abejonių, kad mūsų žinios ir toliau augs, kai sužinosime daugiau apie didžiules mikrobų populiacijas, kurios gyvena mumyse ir ant jų.

Biofilmai

Biofilmai yra sudėtingas ląstelių, kurios yra įtrauktos į išorinę matricą ir pritvirtintos prie paviršiaus, sankaupa. Bioformos gali susidaryti beveik ant bet kokio paviršiaus ir yra paplitusios gamtoje bei pramonėje, randamos ant uolų, urvų, vamzdžių, valčių korpusų, virimo indų ir medicininių implantų paviršių. Jie taip pat egzistuoja ilgą laiką, nes iškastiniai duomenys rodo, kad bioplėvelės siekia 3,4 milijardo metų!

Bioplėvelės mikrobų bendruomenė gali būti sudaryta iš vienos ar dviejų rūšių, tačiau dažniausiai joje yra daug skirtingų bakterijų rūšių, kurių kiekviena turi įtakos kitų genų ekspresijai ir augimui.

Biofilmų kūrimas

Pagrindinius bioplėvelės formavimo etapus galima suskirstyti į keturis etapus:

  1. Ląstelių išsidėstymas ir prisitvirtinimas – tam, kad vyktų bioplėvelės vystymasis, laisvai plaukiojantis arba planktoninis ląstelės turi susidurti su tinkamu paviršiumi. Paprastai paviršius buvo iš anksto kondicionuojamas aplinkos baltymų ir kitų molekulių nuosėdomis.
  2. Kolonizacija – vyksta signalizacija iš ląstelės į ląstelę, dėl kurios atsiranda specifinių biofilmų genų ekspresija. Šie genai yra susiję su bendruomenine gamyba ekstraląstelinis polimeras Vienų ląstelių išskiriamą DNR gali perimti kitos, skatinant naujų genų raišką.
  3. Brandinimas – EPS matrica pilnai apgaubia visas ląsteles, nes bioplėvelė toliau storėja ir auga, sudarydama sudėtingą, dinamišką bendruomenę. Visoje konstrukcijoje susidaro vandens kanalai.
  4. Atsiskyrimas ir slinkimas – atskiros ląstelės ar bioplėvelės gabalėliai išleidžiami į aplinką, kaip aktyvaus sklaidos forma. Šį išsiskyrimą gali sukelti aplinkos veiksniai, tokie kaip maistinių medžiagų ar deguonies koncentracija.

    Biofilmų kūrimas. Kiekvienas vystymosi etapas diagramoje yra suporuotas su besivystančios Pseudomonas aeruginosa bioplėvelės mikrofotografija. Visos mikrofotografijos rodomos ta pačia skale. D. Davisas [CC BY 2.5], per Wikimedia Commons

Bioplėvelių privalumai ląstelėse

Kodėl vystosi bioformos? Yra tam tikrų pranašumų, kuriuos ląstelės turi bioplėvelėje, palyginti su planktoniniu augimu. Galbūt svarbiausia, kad bioplėvelės suteikia ląstelėms didesnę apsaugą nuo kenksmingų sąlygų ar medžiagų, tokių kaip UV spinduliai, fizinis sujaudinimas, antimikrobinės medžiagos ir fagocitozė. Įrodyta, kad bioplėvelėje esančios bakterijos yra iki tūkstančio kartų atsparesnės antibiotikams nei laisvai plaukiojančios ląstelės!

Bioplėvelė taip pat leidžia ląstelių populiacijai, taip sakant, „įleisti šaknis“, kad jos galėtų likti arti vietos, kurioje gausu maistinių medžiagų. Pavyzdžiui, bioplėvelė, kuri susidaro ant pieno gamyklos vamzdžio, turės nuolatinę prieigą prie šviežio maisto, o tai yra daug geriau nei nušluota kartu su galutiniu produktu.

Galiausiai, bioplėvelės leidžia ląstelėms augti mikrobų populiacijose, kur jos gali lengvai pasinaudoti ląstelių tarpusavio bendravimu ir genetiniais mainais.

Bioplėvelės poveikis

Bioplėvelės turi didžiulį poveikį įvairioms pramonės šakoms. Medicininiai implantai, pradedant kateteriais ir baigiant dirbtiniais sąnariais, yra ypač jautrūs biofilmų susidarymui, todėl medicinos pramonei kyla didelių problemų. Bioplėvelės yra atsakingos už daugelį lėtinių infekcijų dėl padidėjusio atsparumo antimikrobiniams junginiams ir antibiotikams. Bioplėvelės rūšis, kuri paveikia beveik visus, yra dantų apnašų susidarymas, dėl kurio gali susidaryti ertmė.

Už medicinos ribų bioplėvelės veikia beveik bet kurią pramonės šaką, kuri remiasi vamzdžiais vandeniui, maistui, aliejui ar kitiems skysčiams tiekti, kur dėl jų atsparumo ypač sunku visiškai pašalinti bioplėvelę.

Kvorumo nustatymas

Žodis kvorumas reiškia minimalų narių skaičių, reikalingą organizacijai vykdyti veiklą, pavyzdžiui, balsuoti. Kvorumo nustatymas reiškia kai kurių bakterijų gebėjimą bendrauti priklausomai nuo tankio, leidžiančio joms atidėti konkrečių genų aktyvavimą, kol tai bus naudingiausia populiacijai.

Kvorumo nustatymas apima ryšį tarp ląstelių, naudojant mažas difuzines medžiagas, žinomas kaip autoinduktoriai. Ląstelė gamina autoinduktorių, kuris pasklinda per plazmos membraną ir patenka į aplinką. Aplinkoje didėjant ląstelių populiacijai, didėja ir autoinduktoriaus koncentracija, todėl molekulė vėl difunduoja į atskiras ląsteles, kur suaktyvina specifinius genus.

Kvorumo jutimas bioliuminescencinėse bakterijose.

Kvorumo nustatymo pavyzdys

Vienas iš geriausiai ištirtų kvorumo jutimo pavyzdžių yra abipusis ryšys tarp bioliuminescencinės bakterijos Aliivibrio fischeriir bobteilinis kalmaras. Bobteilinis kalmaras iš tikrųjų turi šviesų organą, kuris išsivystė į bakteriją, kuri priklauso nuo jo liuminescencijos, kad užtikrintų kamufliažinį efektą prieš plėšrūnus. Esant mažam ląstelių tankiui, liuminescencija nesuteiktų norimo efekto, o tai reiškia, kad bakterijų populiacija išeikvoja energiją. Todėl kvorumo nustatymas naudojamas taip, kad liuksai genas, koduojantis liuciferazės fermentą, reikalingą liuminescencijai, aktyvuojamas tik tada, kai bakterijų populiacija yra pakankamo tankio.

Pagrindiniai žodžiai

simbiozė, abipusis, komensalistinis, patogeninis ryšys, žmogaus mikrobiomas, disbiozė, žmogaus mikrobiomų projektas (HMP), bioplėvelė, planktoninės, ekstraląstelinės polimerinės medžiagos/EPS, kvorumo jutimas, autoinduktorius.

Esminiai klausimai / tikslai

  1. Kas yra simbiozė? Kokie yra skirtingi konkretūs simbiozių pavyzdžiai?
  2. Kaip apibrėžiamas žmogaus mikrobiomas? Kokie mikrobai jame yra?
  3. Kokį poveikį žmogaus mikrobiomas turi ar gali turėti savo šeimininkui?
  4. Kas yra bioplėvelės? Kur jie susidaro?
  5. Kokie žingsniai veda prie bioplėvelės susidarymo?
  6. Kuo ląstelėms naudinga egzistavimas bioplėvelėje? Koks yra bioplėvelių poveikis žmonėms?
  7. Kas yra kvorumo nustatymas? Kaip veikia mechanizmas?
  8. Apibūdinkite pavyzdį Aliivibrio fischeri ir bobteilinis kalmaras. Kokį vaidmenį kvorumo nustatymas atlieka šių dviejų organizmų santykiuose?