Цього року премію в галузі наук про життя отримали американські молекулярні біологи Бонні Басслер і Еверетт Пітер Грінберг «за відкриття« почуття кворуму »- здатності бактерій спілкуватися і координувати поведінку один з одним, що пропонує нові шляхи боротьби з бактеріальними патогенами і модуляції мікробіома для медичних цілей ».
Довгий час вчені не припускали, що такі істоти, як бактерії, здатні якось спілкуватися між собою і координувати спільні дії. Почуття кворуму (quorum sensing) дозволяє їм домагатися цього. Механізм цього явища полягає в тому, що за допомогою виділених у зовнішнє середовище речовин бактерії можуть визначати, наскільки багато їх родичів знаходиться неподалік. Коли бактерій виявляється досить багато, концентрація сигнального речовини зростає, і в результаті все бактерії одночасно певним чином змінюють свою поведінку. На молекулярному рівні це забезпечується тим, що при досягненні порогової концентрації сигнального речовини у бактерій значно зростає активність певного гена. Цей, здавалося б, простий принцип дозволяє бактеріям реагувати на зміни зовнішніх умов не як окремим істотам, а подібно клітинам єдиного організму. Почуття кворуму дозволяє бактеріям пережити брак поживних речовин, протистояти бактеріям-конкурентам і небезпечним токсинів. Патогенні бактерії координують свої зусилля при зараженні організму-господаря, щоб протистояти його імунній системі.
Іноді в більш широкому сенсі термін «почуття кворуму» застосовують до опису поведінки інших організмів: комах або навіть хребетних. Або навіть намагаються створити володіють такою здатністю роботів. Схема залишається такою ж: при досягненні певної щільності колективу, поведінка його членів скоординовано змінюється.
Широко відомо, наприклад, що з личинок сарани можуть розвинутися осіла або перелітний форма цієї комахи в залежності від того, багато чи мало таких личинок знаходиться в даному місці. Також почуття кворуму, забезпечене візуальної комунікацією, грає роль в житті колоній комах. Кожен бджоляр знає, що, коли населення вулика стає занадто великим, слід очікувати роїння. У вулику з'явиться нова матка, а частина бджіл разом зі старою маткою його покине, щоб оселитися на новому місці. Рой вилетіли з вулика бджіл вмощується десь на дереві або на виступі будівлі, а бджоли-розвідники починають шукати гарне місце для нового будинку. На пасіці, як правило, в цей момент підбігає бджоляр, змітає весь рій в спеціальний мішок і відносить його в заздалегідь заготовлений порожній вулик. Якщо ж бджоли повинні самі прийняти рішення, це відбувається так. Бджоли, що знайшли підходящу для поселення порожнину (пещерку в горах, нішу в будівлі, простір під дошками даху), повертаються туди, де розташувався рій, і починають за допомогою бджолиного танцю, пристосованого для вказівки напряму, агітувати інших бджіл летіти саме туди. Частина бджіл «піддається агітації» і відвідує вибране місце. Повернувшись, всі вони знову виконують танець, поки нарешті їх число не досягне порогової величини і весь рій не зніметься з місця й не відправиться на нове місце проживання. Експерименти показали. що таким способом бджолиний рій виявляється здатним вибрати краще нове гніздо з чотирьох - п'яти запропонованих. Подібним чином визначають місце для нового мурашника в разі руйнування старого мурашки виду Temnothorax albipennis.
Але ми повернемося до почуття кворуму у бактерій. Саме у цих істот воно було вперше виявлено і у них воно найбільш вивчено. Комунікація у бактерій, нагадаємо, хімічна, зміни в поведінці досягаються при реакції на концентрацію певної речовини. Одне з перших досліджень почуття кворуму було зроблено на бактеріях Aliivibrio fischeri. Це здатні до люмінесценції морські бактерії, який можуть жити вільно у воді, а можуть мешкати в організмі кальмара (Euprymna scolopes). Живуть окремо бактерії не світяться, якщо ж вони живуть в певних органах кальмара - фотофоров, вони починають світитися. «Ліхтарик» кальмара знаходиться в його мантійних порожнини, там створені особливо сприятливі умови для життя бактерій. Так як бактерій там накопичується багато в маленькому обсязі, зростає концентрація виділяється ними речовини (ацил-гомосерін-лактона, AHL). Рецептори бактерій реагують на зрослу концентрацію AHL, активізується ген, який кодує фермент люциферази, і бактерії починають світитися.
Звичайно, у бактерій є й інші речовини, що забезпечують почуття кворуму. Наприклад, автоіндуктор-2 (autoinducer-2. AI-2). Його використовують близько 30 видів бактерій, в тому числі, наприклад, кишкова паличка. У деяких бактерій роль сигнальних речовин виконують біогенні аміни, речовини, які у багатоклітинних тварин виступають як гормони і нейромедіатори. Цілком можливо, що при виникненні багатоклітинних організмів взаємодія між окремими клітинами почали забезпечувати ті ж механізми, що відповідали за почуття кворуму у їх одноклітинних предків.
Розуміння механізмів, відповідальних за відчуття кворуму у патогенних бактерій, дозволяє людям винайти нові методи боротьби з хворобами, наприклад, знайшовши спосіб зруйнувати сигнальне речовина і запобігти активізацію бактерій. Втім, в природі ці методи були винайдені набагато раніше. Виявилося, наприклад, що австралійська водорість Delisea pulchra бореться з поселяються на її поверхні колоніями бактерій Serratia liquefaciens. виділяючи речовина, яка перешкоджає почуттю кворуму.
Спеціаліст з інформатики Петер Керпенджіев (Peter Kerpedjiev) проаналізував дані про дослідження генів людини, зібрані за. →
Вчені з США та Нідерландів встановили, що не дозволяє вірити в різні паранормальні явища не. →
РІА Новини. Абстрактність мислення притаманна тільки людині. Математичним підтвердженням стрибка вгору по еволюційних сходах стало «винахід». →
Говорячи про життя на інших планетах, ми зазвичай уявляємо собі Землю-2: синє небо, зелена рослинність,. →
РІА Новини. Розрахунки вчених показали, що Всесвіт на 95% складається з поки не дослідженого людьми речовини: 70% припадає. →
Буквально на днях ми розповідали про те, що датчики гравітаційної обсерваторії LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave. →