Межвидовое ощущение кворума
Межвидовое ощущение кворума — это тип восприятия кворума , при котором бактерии отправляют и получают сигналы другим видам, помимо своего собственного. Это достигается за счет секреции сигнальных молекул, которые вызывают реакцию у близлежащих бактерий при достаточно высоких концентрациях. Как только молекула достигает определенной концентрации, она запускает транскрипцию определенных генов, таких как факторы вирулентности . Было обнаружено, что бактерии могут не только взаимодействовать посредством чувства кворума с представителями своего вида, но и что существует своего рода универсальная молекула, которая позволяет им собирать информацию и о других видах. [ 1 ] Эта универсальная молекула называется аутоиндуктором 2 или АИ-2. [ 1 ]
AI-2 был впервые обнаружен в светообразующей системе бактерий Vibrio harveyi . Путь, индуцирующий Vibrio harveyi, люминесценцию контролируется двумя параллельными путями . [ 2 ] Первый путь использует типичную сигнальную молекулу гомосерин-лактона AI-1 . Однако было обнаружено, что бактерии распознают второй аутоиндуктор AI-2. [ 3 ] Ученый также обнаружил, что люминесценция V. harveyi может быть индуцирована молекулами 75 других видов бактерий AI-2. [ 4 ] [ 5 ] Это открытие привело к предложению AI-2 как универсальной формы общения между видами бактерий. Помимо информации о плотности клеток, AI-2 может предоставить информацию о фазе роста и процветании клеток в популяции. Он обладает большей способностью хранить информацию, чем другие молекулы, чувствительные к кворуму, поскольку его производство связано с ростом клеток. Для многих бактерий продукция AI-2 достигает максимума в поздней логарифмической фазе. [ 1 ] Недавно было обнаружено, что структура АИ-2 представляет собой конденсированное двухчленное кольцо, в котором бор перекрывает зазор между диэфирами . [ 6 ]
Фермент LuxS отвечает за синтез AI-2. [ 5 ] Ген, кодирующий LuxS, был обнаружен в 35 из 89 секвенированных бактериальных геномов, и у всех бактерий этот ген имел небольшие вариации. [ 2 ] В каждой обнаруженной на сегодняшний день бактерии, продуцирующей сигнальную молекулу AI-2, также был обнаружен ген LuxS. Есть три фермента, которые производят ДПД ( 4,5-дигидрокси-2,3-пентандион ), который является субстратом, который LuxS использует для производства AI-2. [ 5 ] Было обнаружено, что путь синтеза AI-2 идентичен у V. harveyi , E. coli , Salmonella typhimurium , V. cholerae и Enterococcus faecalis , что является дополнительным доказательством того, что эта молекула может быть универсальным сигналом среди бактерий. [ 4 ]
Shigella flexneri использует AI-2 для передачи вирулентности . Основным фактором вирулентности шигелл является плазмида vir B. Было показано, что сигнальный путь AI-2 ответственен за наблюдаемый пик vir B. [ 1 ] Хотя было установлено, что AI-2 не имеет решающего значения для вирулентности, он увеличивает экспрессию плазмиды. AI-2 также регулирует вирулентность энтероинвазивной и энтерогеморагической кишечной палочки . [ 2 ] Вероятно, высокие концентрации AI-2, вырабатываемые нормальной кишечной флорой, влияют на выработку AI-2 шигеллами и ее последующую вирулентность. [ 1 ]
AI-2 необходим для образования биопленок у P. ginivalis и S. gordonii . S. gordonii является основной причиной образования зубного налета , и его прилипание необходимо для того, чтобы многие другие патогенные бактерии также прикреплялись к зубам. P. ginivalis вызывает заболевания пародонта . Если ни одна из бактерий не обладает функциональной копией гена LuxS, они не могут образовывать биопленку. Однако, если какая-либо из бактерий имеет ген LuxS, они могут образовывать биопленки, что снова позволяет предположить, что эта молекула используется для связи между неродственными видами. [ 2 ]
Другие бактериальные применения AI-2
- Clostridium perfringens – регулирует выработку токсинов. [ 2 ]
- П. люминесценция - контролирует время приема антибиотиков. [ 2 ]
- Vibrio cholerae - используется в патогенном каскаде. [ 7 ]
Поскольку фермент LuxS отсутствует у эукариот, он является хорошей потенциальной мишенью для антибиотиков. Кроме того, передача сигналов AI-2, по-видимому, контролирует многие факторы вирулентности бактерий, поэтому блокирование этого сигнала может привести к новым способам борьбы с бактериальными инфекциями, такими как холера. [ 7 ] Поскольку молекула AI-2, по-видимому, участвует в каскаде вирулентности, если бы мы могли заблокировать поглощение AI-2, мы потенциально могли бы остановить каскад вирулентности.
Грибы также общаются друг с другом. Кворум-чувствительные молекулы (QSM) грибов включают фарнезол , тирозол , фенилэтанол и триптофол . QSM были изучены у Candida albicans , C. dubliniensis , Aspergillus niger , A. nidulans и Fusarium graminearum . QSM могут включать морфогенез, прорастание, апотопс, патогенность и структуры биопленок. [ 8 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и День; Маурелли (2001). «Система определения кворума Shigella flexneri LuxS модулирует экспрессию virB, но не является необходимой для вирулентности» . Американское общество микробиологии . 69 (1): 15–23. дои : 10.1128/IAI.69.1.15-23.2001 . ПМК 97850 . ПМИД 11119484 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Ксайвер; Басслер (2003). «Кворум LuxS ощущает больше, чем просто игра с числами». Современное мнение в микробиологии . 6 (2): 191–197. дои : 10.1016/S1369-5274(03)00028-6 . ПМИД 12732311 .
- ^ Сюй, Линь; Ли (5 октября 2006 г.). «Роль системы восприятия кворума люкс в формировании биофлима и вирулентности эпидермиса стафилококка» . Американское общество микробиологии . 74 (1): 488–96. дои : 10.1128/IAI.74.1.488-496.2006 . ПМК 1346618 . ПМИД 16369005 .
- ^ Перейти обратно: а б Шаудер; Баслсер (декабрь 2001 г.). «Семейство бактериальных аутоиндукторов luxs: биосинтез новой сигнальной молекулы, чувствительной к кворуму» . Молекулярная микробиология . 41 (2): 463–76. дои : 10.1046/j.1365-2958.2001.02532.x . ПМИД 11489131 .
- ^ Перейти обратно: а б с Миллер; Ксайвер, Басслер (2004). «Salmonella typhimurium распознает химически различимую форму бактериального сигнала AI-2, чувствительного к кворуму» . Молекулярная клетка . 15 (5): 677–87. doi : 10.1016/j.molcel.2004.07.020 . ПМИД 15350213 .
- ^ Чен X, Шаудер С., Потье Н., Ван Дорселер А., Пельцер И., Басслер Б.Л., Хьюсон Ф.М. (январь 2002 г.). «Структурная идентификация сигнала бактериального кворума, содержащего бор». Природа . 415 (6871): 545–9. дои : 10.1038/415545a . ПМИД 11823863 .
- ^ Перейти обратно: а б Уайтхед (2001). Чувство кворума у грамотрицательных бактерий . Кафедра биохимии Кембриджского университета.
- ^ Вонгсук, Танва; Пумисат, Потьяман; Луплертлоп, Наттаней (2016). «Молекулы, чувствительные к грибковому кворуму: роль в морфогенезе и патогенности грибов». Журнал фундаментальной микробиологии . 56 (5): 440–7. дои : 10.1002/jobm.201500759 . ПМИД 26972663 .