Mikrobiologia, 25.11.2011 r.
Temat: Społeczne i aspołeczne zachowania bakterii (inteligencja społeczna bakterii).
Bakteria dzieli się w postępie geometrycznym.
Interakcja.
bakterie organizm wyższy
Ewazja – pokonywanie barier wnikania bakterii, mimo ich aktywności.
Adhezja – przyleganie do tkanki namnażanie, kolonizowanie tkanki rozprzestrzenianie się
10% człowieka, 90% bakterii
Razem czy osobno?
przewód pokarmowy:
- ok. 500 różnych gatunków bakterii jelitowych (1014)
- flora symbiotyczna (E. coli)
- złożone środowisko życia bakterii
- konieczność „wyczuwania” konkurentów oraz swego gospodarza
U wielu gatunków życie gromadne jest warunkiem przetrwania.
Oddziaływania międzykomórkowe:
bakterie bakterie
bakterie eukarionty
Rodzaje oddziaływań:
- antagonizm – bakteriocyny, antybiotyki
- symbioza – interakcje protekcjonistyczne
- zdolność komunikowania się, przetwarzania informacji o środowisku, podejmowania decyzji o uaktywnianiu genu
Regulacja ekspresji genów bakteryjnych przez czynniki środowiska:
System dwuskładnikowy (reagowanie na zmiany warunków otoczenia):
1. Białko sensorowe – odbiór sygnału
2. Białko regulatorowe – wiązanie z DNA i modulowanie transkrypcji
„Quorum Sensing” (QS) – wyczuwanie liczebności; sygnalizator zagęszczenia.
Reagowanie bakterii na chemiczne sygnały dyfuzyjne (autoinduktory; feromony) wytwarzane przez własne komórki, co umożliwia monitorowanie gęstości populacji i dostosowanie procesów wyrażania się genów do fazy wzrostu populacji i/lub składu gatunkowego społeczności bakteryjnej.
Osiągnięcie quorum ułatwia współdziałanie znacznej liczby komórek bakterii.
Bioluminescencja
Vibrio fischeri i Vibrio herveyi
- wytwarzanie cząstek sygnalizacyjnych, rozpoznawanie ich, kontrolowanie odpowiednich genów i uaktywnienie grupowych zachowań
„Quorum Sensing” – bakteryjna wymiana informacji i podejmowanie wspólnych decyzji.
System QS reguluje wiele procesów:
- wirulencja
- tworzenie biofilmu
- zdolność do koniugacji
- produkcja wtórnych metabolitów
- ruch pełzający
- sporulacja
- biokorozja
Swoisty gatunkowo system komunikacji bakterii.
1. Cząsteczki laktonu N-acylo-L-homoseryny – bakterie Gram-ujemne (pierścień laktonu homoseryny arylowany łańcuchem tłuszczowym).
2. Związki peptydowe – bakterie Gram dodatnie.
Swoistość gatunkowa (komunikacja wewnątrzgatunkowa):
- różnice w budowie łańcucha kwasu tłuszczowego
Uniwersalny system komunikacji bakterii (ilu „ja”, ilu „Ty”….?)
3. Cząsteczki cyklicznego furanonu – autoinduktor 2 – zarówno bakterie Gram dodatnie jak i Gram ujemne
- nieswoisty i uniwersalny czynnik sygnalizacji (komunikacja międzygatunkowa)
- ułatwienie wzajemnego oddziaływania i zwiększenie przeżywalności w niszach ekologicznych opanowanych przez różne gatunki bakterii
- najstarszy ewolucyjnie autoinduktor, który powstał jeszcze przed rozdzieleniem się bakterii na gram dodatnie i gram ujemne
Tłumienie QS – sposób walki z konkurencją.
- cykliczne dipeptydy (DKP) wytwarzane przez bakterie gram ujemnych, wiązanie się z receptorami dla laktonów AHL (blokowanie AHL)
- degradacja własnych autoinduktorów (kończenie procesów przebiegających z udziałem QS)
- blokowanie ekspresji czynników wirulencji jednych szczepów przez inne szczepy (odmienne strukturalnie feromony szczepów S. ureus)
Komunikacja miedzy odległymi filogenetycznie mikroorganizmami, np.
Streptococcus mutans Candida albicans
Regulacja syntezy bakteryjnych czynników wirulencji przez mechanizm QS.
- EHEC – rzęski, intymna, produkcja SLT (autoinduktor strukturalnie podobny do adrenaliny i noradrenaliny, które także stanowią sygnał QS – AI-3)
Regulacja syntezy bakteryjnych czynników wirulencji przez mechanizm QS
- Yersinia spp: inwazyjny, wydzielenie białka Yop, białka aparatu wydzielniczego (AHL)
- S. ureus: egnozgenne czynniki zjadliwości i białka powierzchniowe (AIP)
Odmienne systemy komunikacji bakterii (interakcje społeczne).
Nanorurki – nowy sposób komunikacji (E. coli, S. aureus, B. subtilis)
- odmienne od znanych struktur pozakomórkowych
- zależny od odległości między dawca a biorcą
- bezpośrednia wymiana elementów cytoplazmatycznych
- system międzykomórkowego przekazywania informacji o antybiotyko-odporności pomiędzy fizycznie oddzielonymi populacjami bakterii (E. coli)
- transmisja cząsteczki sygnalizacyjnej (innej niż AI-2) drogą powietrzną
- skoordynowane zachowania bakterii w sytuacji stresu antybiotykowego
Odmienne systemy komunikacji (interakcje aspołeczne).
- śmiertelna konkurencja pomiędzy komórkami bakteryjnymi należącymi do tej samej kolonii
- redukcja własnej populacji za pośrednictwem chemicznych sygnałów w odpowiedzi na stresor (deficyt wody i substancji odżywczych, szok termiczny itp.)
- samoeliminacja (rodzaj „kanibalistycznych” oddziaływań wewnątrzgatunkowych)
Wielokomórkowe społeczności bakteryjne.
konsorcjum – obustronnie korzystny uorganizowany związek pomiędzy dwoma lub większa liczba gatunków bakterii (np. mikroflora jelit)
biofilm – zorganizowana jedno- lub wielogatunkowa społeczność komórek bakteryjnych osadzonych w wytworzonej przez siebie macierzy, zbudowanej z polimerycznych egzopolisacharydów, przytwierdzonych do powierzchni żywych tkanek lub materiałów abiotycznych:
- swobodna dyfuzja autoinduktorów z jednej komórki do drugiej
- odmienna ekspresja genów w poszczególnych regionach biofilmu i podobnie jak w przypadku tkanek organizmów wyższych wykazują specjalizacje
- system komunikacji międzykomórkowej oparty na QS jest tworzony dla biofilmów
Duża rola w rozwoju większości chorób zakaźnych (60-70%). Promieniowce (Actinomycetales), zaliczane wraz z bakteriami do Królestwa Procaryota stanowią dużą grupę organizmów dość zróżnicowanych morfologicznie.
Promieniowce są organizmami powszechnie występującymi w różnych naturalnych środowiskach. Można je znaleźć w kompostach, oborniku, mułach rzek i jezior, wodach i ściekach itp. Drobnoustroje zaliczane do rzędu Actinomycetales są na ogół organizmami tlenowymi, chociaż spotyka się wśród nich także i beztlenowce.
Szerokość komórki promieniowca wynosi przeciętnie 0,5-1µm. Kształt komórek jest dość różnorodny, jednak najbardziej charakterystyczne są komórki nitkowate, rozgałęzione, podobne do strzępek grzybów i tworzące również grzybnię (mycelium). Typowy promienisty wygląd tych organizmów można zauważyć przy mikroskopowej obserwacji ich wzrostu na podłożach płynnych lub stałych. Strzępki grzybni układają się promieniście od miejsca stanowiącego początek wzrostu (fragment grzybni lub konidium). Wewnątrz strzępek grzybni nie ma błon poprzecznych są to więc organizmy jednokomórkowe. Część grzybni zwykła wrasta w podłoże. Jest to tzw. grzybnia podłożowa lub wegetatywna, stanowiąca zbitą, twardą masę, której nie można naruszyć ezą. Przy nakłuwaniu igły kolonia promieniowca stawia opór w odróżnieniu od kolonii bakteryjnych. Część grzybni, rosnąca ponad podłożem, nosi nazwę grzybni powietrznej. Na daje ona kolonii charakterystyczny pilśniowaty wygląd, ale tworzą ją nie wszystkie promieniowce i nie na wszystkich podłożach. Opisany typ kolonii występuje najczęściej u przedstawicieli rodziny Streptomycetaceae, bardzo rozpowszechnionej w przyrodzie. Przedstawiciele innych rodzin promieniowców (np. rodziny Actinomycetaceae) mogą tworzyć grzybnię, rozpadającą się łatwo na wydłużone, często nabrzmiałe lub kuliste komórki. powstające w ten sposób pojedyncze komórki niczym nie różnią się w wyglądzie zewnętrznym od komórek bakterii właściwych - pałeczek lub ziarniaków.
Promieniowce rozmnażają się wegetatywnie przez fragmentację całej grzybni lub przez tworzenie tzw. konidiów. U przedstawicieli rodzaju Streptomyces (rodzina Streptomycetacea) konidia powstają tylko w grzybni powietrznej wskutek segmentacji strzępek. Strzępki tworzące konidia - konidiofory różnią się na ogół od innych strzępek grubością i wyglądem (np. zgięte, skręcone spiralnie). Wiele szczepów promieniowców produkuje charakterystyczne barwniki, antybiotyki i substancje aromatyczne.