Симбиотические бактерии
Симбиотические бактерии – это бактерии, живущие в симбиозе с другим организмом или друг с другом. Например, ризобии, живущие в корневых клубеньках бобовых, обеспечивают азотфиксирующую активность этих растений. [1]
Виды симбиоза
[ редактировать ]Типы симбиотических отношений — мутуализм , комменсализм , паразитизм и аменсализм . [2]
Эндосимбиоз
[ редактировать ]Эндосимбионты живут внутри других организмов, будь то в их телах или клетках. [3] Теория эндосимбиоза, известная как симбиогенез , дает объяснение эволюции эукариотических организмов. Согласно теории эндосимбиоза происхождения эукариотических клеток, ученые полагают, что эукариоты возникли в результате взаимоотношений двух или более прокариотических клеток примерно 2,7 миллиарда лет назад. Предполагается, что именно предки митохондрий и хлоропластов вступили в эндосимбиотические отношения с другой прокариотической клеткой, эволюционировав в конечном итоге в знакомые человеку сегодня эукариотические клетки. [4]
Эктосимбиоз
[ редактировать ]Эктосимбиоз определяется как симбиотические отношения, при которых один организм живет на внешней поверхности другого организма. [3] Например, ракушки на китах являются примером эктосимбиотических отношений, когда кит предоставляет ракушке дом, поездку и доступ к пище. Кит не пострадал, но и не получил никакой пользы, так что это тоже пример комменсализма. Примером эктосимбиотических бактерий является Cutibacterium Acnes . Эти бактерии участвуют в симбиотических отношениях с людьми, на коже которых они живут. Cutibacterium Acnes могут вызывать прыщи, когда кожа становится слишком жирной, но они также снижают восприимчивость кожи к кожным заболеваниям, вызванным окислительным стрессом. [5]
Симбиотические отношения
[ редактировать ]Некоторые растения устанавливают симбиотические отношения с бактериями, что позволяет им образовывать клубеньки, способствующие превращению атмосферного азота в аммиак. В связи с этим было обнаружено, что цитокинины играют роль в развитии клубеньков, закрепляющих корни. [6] Похоже, что растение не только должно иметь потребность в азотфиксирующих бактериях, но они также должны быть способны синтезировать цитокинины, которые способствуют образованию корневых клубеньков, необходимых для фиксации азота.
Симбиотические бактерии способны жить в растительных или животных тканях или на них . В пищеварительной системе симбиотические бактерии помогают расщеплять продукты, содержащие клетчатку . Они также помогают производить витамины . Симбиотические бактерии могут жить вблизи гидротермальных источников. Они обычно имеют взаимные отношения с другими бактериями. Некоторые живут в трубчатых червях .
Передача инфекции
[ редактировать ]Существует два основных пути передачи симбиотических бактерий. Первый — это горизонтальная передача, при которой микробы приобретаются из окружающей среды, и либо окружающая среда, либо популяция хозяина служат инокулятом для симбиоза. [7] Примером горизонтальной передачи является глубоководный трубчатый червь и его симбионт. [7] Второй тип передачи — вертикальная передача, при которой симбионт передается от родителя к потомству и апосимбиотическая фаза отсутствует. [7] Пример вертикальной передачи наблюдается у Drosophila melanogaster и ее видов Wolbachia . симбионты. [7]
Примеры симбиотических отношений
[ редактировать ]Кораллы
[ редактировать ]Было обнаружено, что кораллы образуют характерные ассоциации с симбиотическими азотфиксирующими бактериями. [8] Кораллы развивались в олиготрофных водах, которые обычно бедны азотом. Таким образом, кораллы должны формировать мутуалистические отношения с азотфиксирующим организмом, в данном случае объектом данного исследования, а именно с симбиодиниумом. Помимо динофлагеллят, кораллы также вступают в отношения с бактериями, архей и грибами. [9] Проблема в том, что эти динофлагелляты также ограничены азотом и должны вступать в симбиотические отношения с другим организмом; здесь предполагается, что это диазотрофы. Кроме того, было обнаружено, что цианобактерии обладают генами, которые позволяют им осуществлять азотфиксацию. [8] Это конкретное исследование идет дальше и изучает возможность того, что в дополнение к названным динофлагеллятам и некоторым цианобактериям эндосимбиотические водоросли и кораллы содержат ферменты, позволяющие им подвергаться ассимиляции аммония.
Из-за небольшого размера генома большинства эндосимбионтов они не могут существовать какое-либо время вне клетки-хозяина, что предотвращает долгосрочные симбиотические отношения. Однако в случае эндонуклеарной симбиотической бактерии Holospora было обнаружено [10] что виды Holospora могут сохранять свою инфекционность в течение ограниченного времени и вступать в симбиотические отношения с видами Paramecium.
Растения и ризобиальные бактерии
[ редактировать ]Между бобовыми и ризобиальными бактериями существует мутуалистическая связь, позволяющая растениям выживать в почвенной среде с низким содержанием азота. Коэволюция описывается как ситуация, когда два организма развиваются в ответ друг на друга. В исследовании, опубликованном в журнале Functional Ecology , [11] эти ученые исследовали, дают ли такие мутуалистические отношения эволюционное преимущество растению или симбионту. Они не обнаружили, что изученные ризобиальные бактерии имели какие-либо эволюционные преимущества по отношению к своему хозяину, но обнаружили большие генетические различия среди изученных популяций ризобиальных бактерий.
Хемосинтезирующие бактерии и мидии
[ редактировать ]Симбиотические хемосинтезирующие бактерии, обнаруженные в связи с мидиями ( Bathymodiolus ), расположенными вблизи гидротермальных источников, имеют ген, который позволяет им использовать водород в качестве источника энергии, а не серу или метан в качестве источника энергии для производства энергии. [2]
Термиты и бактерии, продуцирующие целлюлазу
[ редактировать ]Термиты известны многим как вредители, питающиеся древесиной. Однако термиты не могут переваривать древесину самостоятельно. Вместо этого они полагаются на небактериальное простейшее под названием трихонимфа, которое помогает в процессе пищеварения. [12] Трихонимфа — эндосимбионт, обитающий внутри термитов, а также выступающий хозяином бактериальных симбионтов. Бактерии внутри трихонимфы термитов вырабатывают целлюлазу. Ферменты целлюлазы используются для расщепления целлюлозы, которая содержится в клеточных стенках растений. Термиты, кишечный простейший трихонимфа и бактерии, продуцирующие целлюлазу, участвуют в трехстороннем облигатном симбиотическом мутуализме. Термиты извлекают выгоду из двух других видов, потому что они превращают древесину в питательные вещества, которые термиты могут переваривать. Кроме того, трихонимфам выгодны термиты, поскольку термиты обеспечивают место для жизни и доступ к пище. Трихонимфа также извлекает выгоду из бактерий, потому что они помогают расщеплять целлюлозу в древесине, которую потребляют протисты. Наконец, бактерии получают выгоду, потому что они получают место для жизни и питательные вещества, необходимые для выживания.
Симбиотические бактерии у человека
[ редактировать ]Кишечные бактерии
[ редактировать ]В кишечнике человека содержится около тридцати восьми триллионов микробов. [13] Кишечник представляет собой динамическую экосистему, поскольку он состоит как из постоянных, так и из временных компонентов. Это означает, что некоторые бактерии приживаются и сохраняются на протяжении всей жизни человека, а другие бактерии попадают в организм, а затем выходят с фекалиями. [14] Когда дети рождаются, они рождаются без каких-либо бактерий в кишечнике. Однако, как только они попадают в мир, они начинают накапливать кишечные бактерии через пищу и другими способами. [15] Большинство бактерий в организме человека на самом деле полезны для нас и помогают осуществлять необходимые жизненные процессы. Кишечные бактерии человека часто способствуют расщеплению пищи и синтезируют важные витамины, которые не могут быть переработаны человеком в одиночку. [16] Поэтому люди должны быть осторожны при приеме антибиотиков во время болезни. Антибиотики не различают хорошие и плохие бактерии в нашем организме и, следовательно, убивают и те, и другие. Если не лечить осторожно, это может привести к проблемам с желудочно-кишечным трактом из-за дисбаланса бактерий в этом микробиоме. [17] Поэтому некоторые врачи рекомендуют принимать пробиотик при приеме антибиотиков, чтобы восстановить полезные бактерии.
Преимущества бактериального симбиоза
[ редактировать ]Организмы обычно вступают в симбиотические отношения из-за ограниченности ресурсов в среде обитания или из-за ограничения источника пищи. Триатомовые векторы имеют только одного хозяина и поэтому должны установить связь с бактериями, чтобы иметь возможность получать питательные вещества, необходимые для поддержания себя. [18]
Симбиотические бактерии можно использовать в паратрансгенезе для контроля важных переносчиков болезней, таких как передача болезни Шагаса целующимися Triatome клопами .Симбиотические бактерии в корнях бобовых обеспечивают растения аммиаком в обмен на углерод и защищенный дом.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Эндрюс М., Эндрюс М.Е. (март 2017 г.). «Специфика бобово-ризобиального симбиоза» . Int J Mol Sci . 18 (4): 705. doi : 10.3390/ijms18040705 . ПМЦ 5412291 . ПМИД 28346361 .
- ^ Jump up to: а б Петерсен Дж.М., Зелински Ф.У., Папе Т., Зейферт Р., Морару С., Аманн Р. и др. (август 2011 г.). «Водород является источником энергии для симбиозов гидротермальных источников». Природа . 476 (7359): 176–80. Бибкод : 2011Natur.476..176P . дои : 10.1038/nature10325 . ПМИД 21833083 . S2CID 25578 .
- ^ Jump up to: а б «Микробные симбиозы | Безграничная микробиология» . Courses.lumenlearning.com . Проверено 12 ноября 2021 г.
- ^ Купер, Джеффри М. (2000). «Происхождение и эволюция клеток» . Клетка: молекулярный подход (2-е изд.). Синауэр Ассошиэйтс. ISBN 978-0-87893-106-4 .
- ^ Андерссон, Тильда; Эртюрк Бергдал, Гизем; Салех, Карим; Магнусдоттир, Хельга; Стёдкильде, Кристиан; Андерсен, Кристиан Брикс Фолстед; Лундквист, Катарина; Дженсен, Андерс; Брюггеманн, Хольгер; Лоод, Рольф (5 марта 2019 г.). «Обычные кожные бактерии защищают своего хозяина от окислительного стресса с помощью секретируемого антиоксиданта RoxP» . Научные отчеты . 9 (1). дои : 10.1038/s41598-019-40471-3 . ПМК 6401081 .
- ^ Фрюжье Ф., Косута С., Мюррей Дж.Д., Креспи М., Щигловски К. (март 2008 г.). «Цитокинин: секретный агент симбиоза». Тенденции в науке о растениях . 13 (3): 115–20. doi : 10.1016/j.tplants.2008.01.003 . ПМИД 18296104 .
- ^ Jump up to: а б с д Ярко, Моника; Булгереси, Сильвия (март 2010 г.). «Сложное путешествие: передача микробных симбионтов» . Обзоры природы Микробиология . 8 (3): 218–230. дои : 10.1038/nrmicro2262 . ПМЦ 2967712 . ПМИД 20157340 .
- ^ Jump up to: а б Лема К.А., Уиллис Б.Л., Борн Д.Г. (2012). «Кораллы образуют специфические ассоциации с диазотрофными бактериями» . Прикладная и экологическая микробиология . 78 (9): 3136–44. дои : 10.1128/AEM.07800-11 . ПМЦ 3346485 . ПМИД 22344646 .
- ^ Ноултон Н., Ровер Ф. (октябрь 2003 г.). «Многовидовые микробные мутуализмы на коралловых рифах: хозяин как среда обитания» (PDF) . Американский натуралист . 162 (4 Приложения): S51–62. дои : 10.1086/378684 . ПМИД 14583857 . S2CID 24127308 .
- ^ Фудзисима М., Кодама Ю. (май 2012 г.). «Эндосимбионты в инфузориях». Европейский журнал протистологии . 48 (2): 124–37. дои : 10.1016/j.ejop.2011.10.002 . ПМИД 22153895 .
- ^ Барретт Л.Г., Бродхерст Л.М., Тралл П.Х. (апрель 2012 г.). «Географическая адаптация в мутуализме растений и почвы: тесты с использованием видов Acacia и ризобиальных бактерий» . Функциональная экология . 26 (2): 457–68. дои : 10.1111/j.1365-2435.2011.01940.x .
- ^ Упадхьяя, Субодх (март 2012 г.). «Выделение и характеристика целлюлозолитических бактерий из кишечника термитов» . Академия.edu . 1 : 14–18.
- ^ Отправитель, Рон; Фукс, Шай; Майло, Рон (19 августа 2016 г.). «Пересмотренные оценки количества клеток человека и бактерий в организме» . ПЛОС Биология . 14 (8): e1002533. дои : 10.1371/journal.pbio.1002533 . ПМЦ 4991899 . ПМИД 27541692 .
- ^ Чоу, Джанет; Ли, С. Мелани; Шен, Юэ; Хосрави, Арья; Мазманян, Саркис К. (2010). «Хозяин-бактериальный симбиоз в здоровье и болезни». Слизистый иммунитет . Достижения иммунологии. Том. 107. С. 243–274. дои : 10.1016/B978-0-12-381300-8.00008-3 . ISBN 978-0-12-381300-8 . ПМК 3152488 . ПМИД 21034976 .
- ^ Куигли, Имонн М.М. (сентябрь 2013 г.). «Кишечные бактерии в здоровье и болезни» . Гастроэнтерология и гепатология . 9 (9): 560–569. ПМЦ 3983973 . ПМИД 24729765 .
- ^ «Что такое симбиотическое микробное сообщество?» . Новости-Medical.net . 21 мая 2021 г. Проверено 12 ноября 2021 г.
- ^ Чандел, Навдип С.; Будингер, Г. Р. Скотт (3 июля 2013 г.). «Хорошие и плохие антибиотики» . Наука трансляционной медицины . 5 (192). doi : 10.1126/scitranslmed.3006567 . ПМК 3997060 . ПМИД 23825300 .
- ^ Берд CB, Дотсон Э.М., Пеннингтон П.М., Эйхлер С., Кордон-Росалес К., Дурвасула Р.В. (май 2001 г.). «Бактериальный симбиоз и паратрансгенный контроль трансмиссивной болезни Шагаса» . Международный журнал паразитологии . 31 (5–6): 621–7. дои : 10.1016/s0020-7519(01)00165-5 . ПМИД 11334952 .
