понедельник, 5 августа 2013 г.

Колонии бактерий. Биополе и самопожертвование

Микробиология бактерий. Биополе бактерий
Муравейник,  улей, человеческое общество - что может быть у них общего? А то, что во всех трех случаях это огромный супер организм, где отдельная особь не более чем винтик, или клетка в классическом многоклеточном существе. По каким законам они живут? Что такое альтруизм и эгизм? Что такое биополе и какое у него назначение? Современная наука сейчас активно изучает эти важнейшие вопросы, а ответ на них содержится в том числе и в этих окрашенных конценрических кольцах, которые видны на фото. Это колонии бактерий, растущие в питательной среде. Начиная с 90 годов 20 века они вновь стали объектом пристального изучения, и сейчас ученые все больше и больше приходят к мысли, что колонии простейших - это одно из первых "социальных" сообществ с очень интересными формами общения отдельных индивидов между собой. Происходящая в настоящее время постепенная смена микробиологической парадигмы – переход от представлений об одноклеточности микроорганизмов к представлению о микробных колониях как целостных "сверхорганизмах" – находит своё отражение в нарастающем интересе к форме, рисунку, макро- и микроструктуре бактериальных колоний.
Микробиология бактерий. Биополе бактерий
Колонии бактерий чашке Петри
Прежде всего - позвольте представить бактерию E. Coli - кишечную палочку, которая является
рабочей лошадкой современной генной инженерии. Ее часто используют в качестве модельного организма в микробиологических исследованиях.
Исследуя рост колонии этих бактерий в чашке Петри, ученые обнаружили интересную особенность - она всегда образовывала правильные окружности. Поставьте на пути роста колонии преграду - она обогнет ее, а форма останется неизменной. Классическая биология, которая рассматривала колонии простейших просто как скопище клеток, связанных между собой различными выростами не могла дать объяснение этому удивительному феномену. Действительно,  каким образом микроорганизм, у которого нет ни мозга, ни даже более менее адекватного представления об окружающем его пространстве "знает" какое ему занять место в общем строю, чтобы получилась столь геометрически совершенная форма?

Ведь у бактерий нет инженеров и архитекторов, которые могут составить "план колонии" и довести ее до самой распоследней бактерии. Они даже не могут станцевать как пчелы, или пощупать друг друга усиками как муравьи. Сейчас абсолютно точно установлено - управляются эти сообщества различными химическими соединениями.
Микробиология бактерий. Биополе бактерий
Любимая палочка всех микробиологов -кишечная
Ферменты и белки по своему составу практически идентичны тем, которые в организме человека участвуют в функционировании  эндокринной системы. Да, у колоний бактерий есть свой адреналин, серотонин и даже гормон роста. Концентрация различных ферментов, выделяемых бактериями в процессе жизнедеятельности и управляет ростом колонии. Таким образом в колонии царит своеобразная "демократия" - каждая бактерия может "проголосовать" за тот или иной путь развития путем выделения в окружающую среду того или иного вещества.
Например выяснилось, что структура колонии кишечной палочки формируется под влиянием образуемых ее клетками аспарагиновой кислоты. Сложные орнаменты (концентрические круги, шестиугольные решетки и др.) формируются при наложении феромона из двух источников: клеток центра колонии и клетками на её периферии.

Но это еще не все. Появляются новые удивительные данные об обмене информации между
Микробиология бактерий. Биополе бактерий
Картинка выдается гуглом по запросу
"биополе бактерии"
колониями микроорганизмов в ситуации, когда невозможен обмен химическими сигналами. Так, гибнущая под воздействием хлорамфеникола культура Vibrio costicola посылает сигнал, стимулирующий рост другой культуры, отделенной от неё слоем стекла. Уже достоверно установлено, что для эукариотных клеток (то есть таких клеток, которые содержат в себе ядро) в качестве передатчика информации используются ультрафиолетовые лучи - это так называемый митогенетический эффект Гурвича. Исследования показали, что этот эффект существует и для клеток человека. Что же, возможно слова "тут плохая биоэнергетика" не такое уж и шарлатанство, как казалось раньше!  Для бактерий этот эффект менее изучен, но предполагается, что для коммуникации они используют либо ультрафиолетовые лучи, либо ультразвук.
Все это полностью меняют наши старые представления о взаимодействии живых организмов. Сам одно- или даже многоклеточный организм при этом представляется как своего рода сгусток физических полей, без резких границ переходящий в обволакивающее этот объект поле. Своего рода материализацией поля в нашем случае выступает форма сформировавшейся в результате колонии микроорганизмов.
Социальные микробные системы непременно "впаяны" в более сложные экологические системы, во многих случаях включающие как микро-, так и макроорганизмы.
Ксли вы хотите примеров - их есть у меня. Один из ярких представителей животных, "дружащих" с микроорганизмами - этот симпатичный кальмар на фото. Яркий в прямом смысле этого слова -в ночное время тускло светится. Свечение помогает моллюску, ночному животному, стать незаметным для хищников снизу; свечение, напоминающее лунный свет, устраняет тень, которая иначе возникала бы, если бы лунные лучи освещали моллюска сверху. Обеспечивают свечение бактерииVibrio fischer которые в "диком" состоянии иногда зажигают иллюминацию в морской воде.
Микробиология бактерий. Биополе бактерий
Euprymna scolopes. Он живой и светится.
У них своя выгода: моллюск предоставляет питание и укрытие.

Свечение проявляется только при высоких концентрациях микроорганизмов и обычно не наблюдается просто в толще морской воды, когда плотность культуры менее 102 клеток/мл. Свечение V. fischeri реализуется лишь в концентрированных культурах, в том числе в светящихся органах головоногого моллюска Euprymna scolopes, где плотность популяции достигает 1010-1011 клеток/мл. Биохимию свечения этих бактерий исследовали поэтапно. Было выяснено, что свечение бактерий может быть запущено жидкостью, в которой находилось светящаяся колония, отделённой от клеток. За запуск свечения оказался ответственен белок (LuxI, 193 аминокислоты), чьё накопление в среде сигнализирует клеткам о достижении пороговой плотности (кворума) для биолюминесценции. По достижении порогового значения бактерии начинают вырабатывать жирные органические кислоты, окисление которых и приводит к выделению света.
Интересный факт - среди микроорганизмов, живущих колониями развито самопожертвование или по научному – апоптоз, т.е. программированная гибель отдельных клеток в интересах популяции в целом. Явление апоптоза ранее изучено на животных и, в меньшей мере, на растительных клетках. Практически всегда оно – нормальная составная часть индивидуального развития организма. Так, он необходим для резорбции хвоста при превращении головастика; развитие мозга предполагает программированную гибель некоторых нейронов, причём мутация, предотвращающая апоптоз клеток эмбрионального мозга, является летальной.
Микробиология бактерий. Биополе бактерий
Цикл жизни колонии амеб, включая
образование плодовых тел
Достаточно хорошо изучен механизм самопожертвования амебного микроорганизма Dictyostellium discoideum. Трансформация из одноклеточных амёб в многоклеточный мигрирующий псевдоплазмодий и далее в плодовое тело со спорами представляет собой коллективную реакцию на голодание клеточной популяции. Когда многоклеточный псевдоплазмодий начинает строить плодовое тело, клетки в его передней четверти отмирают. Мёртвые клетки формируют ножку плодового тела. У миксобактерий – также наблюдается программированная гибель многих клеток во время формирования плодовых тел.

Изучение биохимии микроорганизмов далеко не праздная вещь - это важно для медицины, ведь если макроорганизм-хозяин – человек, то его симбиотическая или паразитическая микрофлора представляет своеобразный "камертон", чутко реагирующий на соматическое состояние, уровень стресса, даже настроение этого человека.
Из-за сложности процесса самоорганизации колоний микроорганизмов сейчас нет полного и исчерпывающего описания механизма жизнедеятельности колонии. К сожалению, процесс математического моделирования биохимических процессов только только начинает разворачиваться. Об одной из старых моделей колонии - игре "Жизнь" я расскажу в следующей статье.

Комментариев нет:

Отправить комментарий