9.4: Kuashiria katika Viumbe vya Single-Celled

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza jinsi yeasts moja ya seli hutumia ishara ya seli ili kuwasiliana na mtu mwingine
• Kuhusiana na jukumu la quorum kuhisi uwezo wa baadhi ya bakteria kuunda biofilms

Ndani ya kiini kuashiria inaruhusu bakteria kujibu cues mazingira, kama vile viwango vya virutubisho, baadhi ya viumbe single-seli pia kutolewa molekuli ishara kwa kila mmoja.

Kuashiria katika chachu

Michachu ni eukaryotes (fungi), na vipengele na taratibu zinazopatikana katika ishara za chachu ni sawa na zile za ishara za receptor za uso wa seli katika viumbe vingi. Budding chachu (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)) wanaweza kushiriki katika mchakato unaofanana na uzazi wa kijinsia ambao unahusu seli mbili za haploidi (seli zilizo na nusu ya idadi ya kawaida ya chromosomes) zinazochanganya kuunda kiini cha diploidi (kiini kilicho na seti mbili za kila kromosomu, ambayo ni nini seli za kawaida za mwili zina). Ili kupata mwingine haploidi chachu kiini kwamba ni tayari mate, budding chachu secrete molekuli ishara aitwaye mating sababu. Wakati mating sababu kumfunga kwa receptors kiini uso katika seli nyingine chachu kwamba ni karibu, wao kuacha mzunguko wao wa kawaida ukuaji na kuanzisha kiini ishara cascade kwamba ni pamoja na protini kinasi na GTP kisheria protini ambayo ni sawa na G-protini.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Budding Saccharomyces cerevisiae chachu seli wanaweza kuwasiliana kwa kutoa molekuli ishara inayoitwa mating sababu. Katika micrograph hii, wao ni visualized kwa kutumia tofauti kuingiliwa hadubini tofauti, mbinu mwanga hadubini ambayo inaboresha tofauti ya sampuli.

Kuashiria katika Bakteria

Kuashiria katika bakteria huwezesha bakteria kufuatilia hali ya ziada, kuhakikisha kuwa kuna kiasi cha kutosha cha virutubisho, na kuhakikisha kuwa hali ya hatari huepukwa. Kuna hali, hata hivyo, wakati bakteria zinawasiliana.

Ushahidi wa kwanza wa mawasiliano ya bakteria ulionekana katika bakteria ambayo ina uhusiano wa usawa na squid ya Hawaii bobtail. Wakati wiani wa idadi ya bakteria unafikia kiwango fulani, kujieleza maalum kwa jeni huanzishwa, na bakteria huzalisha protini za bioluminescent ambazo hutoa mwanga. Kwa sababu idadi ya seli zilizopo katika mazingira (wiani wa seli) ni sababu ya kuamua kwa kuashiria, ishara ya bakteria iliitwa quorum kuhisi. Katika siasa na biashara, kiwango ni idadi ndogo ya wanachama wanaohitajika kuwapo kupiga kura juu ya suala.

Jamii kuhisi inatumia autoinducers kama molekuli ishara. Autoinducers ni kuashiria molekuli zilizofichwa na bakteria ili kuwasiliana na bakteria nyingine za aina hiyo. Autoinducers zilizofichwa zinaweza kuwa ndogo, molekuli za hydrophobic kama vile lactoni ya acyl-homoserine, (AHL) au molekuli kubwa za peptidi; kila aina ya molekuli ina mode tofauti ya hatua. Wakati AHL inaingia bakteria lengo, ni kumfunga kwa sababu transcription, ambayo kisha kubadili jeni kujieleza juu au mbali (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Autoinducers ya peptide huchochea njia ngumu zaidi za kuashiria ambazo zinajumuisha kinases za bakteria. Mabadiliko katika bakteria kufuatia yatokanayo na autoinducers inaweza kuwa pana sana. Bakteria ya pathogenic Pseudomonas aeruginosa ina jeni 616 tofauti ambazo hujibu autoinducers.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Autoinducers ni molekuli ndogo au protini zinazozalishwa na bakteria zinazodhibiti jeni kujieleza.

Ni ipi kati ya kauli zifuatazo kuhusu kuhisi kiwango cha uongo?

1. Autoinducer lazima kumfunga kwa receptor kurejea transcription ya jeni kuwajibika kwa ajili ya uzalishaji wa autoinducer zaidi.
2. Mpokeaji anakaa katika kiini cha bakteria, lakini autoinducer inatofautiana.
3. Autoinducer inaweza kutenda tu kwenye seli tofauti: haiwezi kutenda kwenye seli ambayo inafanywa.
4. Autoinducer inarudi jeni zinazowezesha bakteria kuunda biofilm.

Baadhi ya spishi za bakteria zinazotumia quorum kuhisi fomu biofilms, makoloni magumu ya bakteria (mara nyingi zenye spishi kadhaa) zinazobadilishana ishara za kemikali ili kuratibu kutolewa kwa sumu ambazo zitashambulia mwenyeji. Bakteria biofilms (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)) wakati mwingine inaweza kupatikana kwenye vifaa vya matibabu; wakati biofilms kuvamia implants kama vile hip au goti replacements au pacemakers moyo, wanaweza kusababisha maambukizi kutishia maisha.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Kiini mawasiliano inawezesha hizi (a) bakteria Staphylococcus aureus kufanya kazi pamoja ili kuunda biofilm ndani ya catheter mgonjwa hospitali, kuonekana hapa kupitia skanning elektroni hadubini. S. aureus ni sababu kuu ya maambukizi ya hospitali. (b) Kihawai bobtail squid kuwa na uhusiano symbiotic na bakteria bioluminescent Vibrio fischeri. Luminescence inafanya kuwa vigumu kuona squid kutoka chini kwa sababu inachukua kivuli chake kwa ufanisi. Kwa kurudi kwa camouflage, squid hutoa chakula kwa bakteria. Free-hai V. fischeri wala kuzalisha luciferase, enzyme kuwajibika kwa luminescence, lakini V. fischeri wanaoishi katika uhusiano symbiotic na ngisi kufanya. Jamii kuhisi huamua kama bakteria inapaswa kuzalisha enzyme luciferase. (mikopo a: marekebisho ya kazi na CDC/Janice Carr; mikopo b: marekebisho ya kazi na Cliff1066/Flickr)

Ni faida gani ambayo uzalishaji wa biofilm unaweza kutoa S. aureus ndani ya catheter?

Utafiti juu ya maelezo ya kuhisi kiwango kimepelekea maendeleo katika bakteria zinazoongezeka kwa madhumuni ya viwanda. Uvumbuzi wa hivi karibuni unaonyesha kwamba inaweza kuwa inawezekana kutumia njia za ishara za bakteria ili kudhibiti ukuaji wa bakteria; mchakato huu unaweza kuchukua nafasi au kuongeza antibiotics ambazo hazina ufanisi tena katika hali fulani.

Unganisha na Kujifunza

Tazama mtaalamu wa maumbile Bonnie Bassler anajadili ugunduzi wake wa kiwango cha kuhisi katika bakteria ya biofilm katika squid.

Evolution Connection: Mawasiliano ya simu katika Yeasts

Maisha ya kwanza kwenye sayari yetu yalikuwa na viumbe vya prokaryotic moja-celled ambavyo vilikuwa na mwingiliano mdogo na kila mmoja. Wakati baadhi ya ishara ya nje hutokea kati ya spishi mbalimbali za viumbe single-seli, wengi wa ishara ndani ya bakteria na chachu huhusisha wanachama wengine tu wa spishi moja. Mageuzi ya mawasiliano ya simu za mkononi ni umuhimu kabisa kwa maendeleo ya viumbe vya seli mbalimbali, na uvumbuzi huu unafikiriwa kuwa umehitaji takriban miaka bilioni 2.5 kuonekana katika aina za maisha ya mapema.

Yeasts ni eukaryotes moja-celled, na kwa hiyo kuwa na kiini na organelles tabia ya aina ngumu zaidi ya maisha. Ulinganisho wa genomes ya chachu, minyoo nematodi, nzi za matunda, na binadamu zinaonyesha mageuzi ya mifumo ya kuashiria inazidi kuwa ngumu ambayo inaruhusu kazi za ndani za ufanisi ambazo zinaweka binadamu na aina nyingine za maisha tata kufanya kazi kwa usahihi.

Kinases ni sehemu kubwa ya mawasiliano ya mkononi, na tafiti za enzymes hizi zinaonyesha kuunganishwa kwa mabadiliko ya spishi mbalimbali. Michachu ina aina 130 za kinases. Viumbe vikali zaidi kama vile minyoo ya nematodi na nzi za matunda zina kinasi 454 na 239, mtawalia. Kati ya aina 130 za kinase katika chachu, 97 ni ya subfamilies 55 za kinases ambazo hupatikana katika viumbe vingine vya eukaryotic. Upungufu pekee wa dhahiri unaoonekana katika chachu ni ukosefu kamili wa kinases ya tyrosine. Inadhaniwa kuwa phosphorylation ya mabaki ya tyrosine inahitajika ili kudhibiti kazi za kisasa zaidi za maendeleo, upambanuzi, na mawasiliano ya mkononi yanayotumiwa katika viumbe vya seli mbalimbali.

Kwa sababu chachu zina vyenye madarasa mengi ya protini za kuashiria kama wanadamu, viumbe hivi ni bora kwa kusoma cascades za kuashiria. Yeasts huzidisha haraka na ni viumbe rahisi zaidi kuliko wanadamu au wanyama wengine wa multicellular. Kwa hiyo, cascades ya ishara pia ni rahisi na rahisi kujifunza, ingawa yana wenzao sawa na ishara ya binadamu. ¹

Unganisha na Kujifunza

Tazama mkusanyiko huu wa video za mahojiano na watafiti wa biofilm katika “Je, ni Biofilms ya Bakteria?”

Muhtasari

Yeasts na viumbe vya multicellular vina taratibu zinazofanana za kuashiria. Yeasts hutumia receptors ya uso wa kiini na cascades ya ishara ili kuwasiliana habari juu ya kuunganisha na seli nyingine za chachu. Molekuli ya ishara iliyofichwa na yeasts inaitwa sababu ya kuunganisha.

Ishara ya bakteria inaitwa quorum kuhisi. Bakteria hutoa molekuli za kuashiria zinazoitwa autoinducers ambazo ni aidha ndogo, molekuli za hidrofobiki au ishara za peptidi. Autoinducers ya hydrophobic, kama vile AHL, hufunga mambo ya transcription na kuathiri moja kwa moja kujieleza jeni. Molekuli ya msingi ya peptidi hufunga kinases na kuanzisha cascades ya ishara katika seli.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Ni ipi kati ya kauli zifuatazo kuhusu kuhisi kiwango cha uongo?

1. Autoinducer lazima kumfunga kwa receptor kurejea transcription ya jeni kuwajibika kwa ajili ya uzalishaji wa autoinducer zaidi.
2. Mpokeaji anakaa katika kiini cha bakteria, lakini autoinducer inatofautiana.
3. Autoinducer inaweza kutenda tu kwenye seli tofauti: haiwezi kutenda kwenye seli ambayo inafanywa.
4. Autoinducer inarudi jeni zinazowezesha bakteria kuunda biofilm.

Jibu

C.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Ni faida gani ambayo uzalishaji wa biofilm hutoa S. aureus ndani ya catheter?

Jibu

S. aureus hutoa biofilm kwa sababu wiani mkubwa wa seli katika biofilm inaruhusu kuundwa kwa uso mnene ambao husaidia kulinda bakteria kutokana na antibiotics.

maelezo ya chini

1. Manning, G.D. Plowman, T. wawindaji, Sudarsanam, “Mageuzi ya protini Kinase ishara kutoka chachu kwa Mtu,” Mwelekeo wa Sayansi ya Biochemical 27, № 10 (2002): 514—520.

faharasa

autoinducer

kuashiria molekuli iliyofichwa na bakteria ili kuwasiliana na bakteria nyingine za aina yake na wengine

sababu ya kuunganisha

kuashiria molekuli secreted na seli chachu kuwasiliana na seli karibu chachu kwamba wao ni inapatikana kwa mate na kuwasiliana mating mwelekeo wao

Jamii kuhisi

njia ya mawasiliano ya simu zinazotumiwa na bakteria zinazowajulisha wingi wa bakteria zinazofanana (au tofauti) katika mazingira