معلومة

التعايش الداخلي البكتيري للبكتيريا

التعايش الداخلي البكتيري للبكتيريا


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كان التعايش الداخلي حاسمًا في تطور الحياة المعقدة ولا يزال يحدث حتى يومنا هذا. يرى أصل الميتوكوندريا الضيوف البكتيرية في مضيفات العتائق ، والتي أخذ بعضها لاحقًا في البكتيريا الزرقاء التي أصبحت بلاستيدات خضراء. تمتلك "حقيقيات النوى" الحديثة نطاقات متفاوتة من النسب من هذين المجالين حيث تتراوح الحيوانات بين 50 و 50. تشمل أمثلة التعايش الداخلي الأحدث الضيوف البكتيرية أو البروتستانت في مضيفات حقيقية النواة.

ولكن هل هناك أي أمثلة على التعايش الداخلي للضيف البكتيري في a جرثومي مضيف؟ يدخل Bdellovibrio bacteriovorus في البكتيريا الأخرى ولكنه يدمرها تمامًا مثل دورة العاثية اللايتية. تم العثور على بكتيريا داخل البكتيريا داخل خلايا البق الدقيقي. ومع ذلك ، هذا ليس مثالاً على التكافل البكتيري لبكتيريا أخرى حرة العيش أو حتى لبكتيريا إضافيالبكتيريا المرتبطة بالحيوان الخلوية. هل توجد أي أمثلة على التعايش الباطني البكتيري للبكتيريا التي لا ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالآلية داخل الخلايا في حقيقيات النوى؟


نظرية التعايش الداخلي

نظرية التكافل الداخلي هي النظرية الموحدة والمقبولة على نطاق واسع لكيفية ظهور العضيات في الكائنات الحية ، بشكل مختلف بدائية النواة الكائنات الحية من حقيقيات النوى الكائنات الحية. في نظرية التعايش الداخلي ، بما يتفق مع نظرية التطور العامة ، نشأت جميع الكائنات الحية من سلف واحد مشترك. ربما كان هذا السلف يشبه البكتيريا ، أو بدائيات النوى مع خيط واحد من الحمض النووي محاط بغشاء بلازما. مع مرور الوقت ، اختلفت هذه البكتيريا في الشكل والوظيفة. اكتسبت بعض البكتيريا القدرة على معالجة الطاقة من البيئة بطرق جديدة. طورت بكتيريا التمثيل الضوئي المسارات التي مكنت من إنتاج السكر من أشعة الشمس. طورت الكائنات الحية الأخرى طرقًا جديدة لاستخدام هذا السكر الفسفرة التأكسدية، والتي أنتجت ATP من تكسير السكر بالأكسجين. يمكن بعد ذلك استخدام ATP لتوفير الطاقة للتفاعلات الأخرى في الخلية.

أدى كلا المسارين المبتدئين إلى كائنات يمكن أن تتكاثر بمعدل أعلى من البكتيريا القياسية. الأنواع الأخرى ، التي لم تكن قادرة على التمثيل الضوئي للسكريات أو تكسيرها من خلال الفسفرة المؤكسدة ، انخفضت بكثرة حتى طورت تكيفًا جديدًا خاصًا بها. قدرة الالتقام، أو لالتقاط خلايا أخرى من خلال غشاء غشاء البلازما ، يُعتقد أنه تطور في هذا الوقت تقريبًا. هذه الخلايا لديها الآن القدرة على البلعمةأو تأكل خلايا أخرى. في بعض الخلايا ، لم يتم تناول البكتيريا التي تم تناولها ، ولكن تم الاستفادة منها. من خلال توفير الظروف المناسبة للبكتيريا ، يمكن للخلايا أن تستفيد من إنتاجها المفرط للسكر و ATP. تسمى خلية تعيش داخل أخرى التعايش الداخلي إذا استفاد كلا الكائنين ، من هنا جاء اسم النظرية. تستمر نظرية التكافل الداخلي إلى أبعد من ذلك ، حيث تنص على أنه يمكن نقل الجينات بين المضيف والمتعايش على مدار الوقت.

يؤدي هذا إلى ظهور الجزء الأخير من نظرية التعايش الداخلي ، الذي يفسر الحمض النووي المتغير والأغشية المزدوجة الموجودة في عضيات مختلفة في حقيقيات النوى. في حين أن غالبية منتجات الخلايا تبدأ في النواة ، فإن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء تصنع العديد من منتجاتها الجينية. تحتوي كل من نواة الخلايا والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا في الخلايا على أنواع مختلفة من الحمض النووي وتحيط بها أيضًا أغشية مزدوجة ، بينما تحيط العضيات الأخرى بغشاء واحد فقط. تفترض نظرية التكافل الداخلي أن هذه الأغشية هي الأغشية المتبقية من التعايش الداخلي البكتيري السلفي. إذا تم ابتلاع البكتيريا عن طريق الالتقام الخلوي ، فستكون محاطة بغشاءين. تنص النظرية على أن هذه الأغشية نجت من زمن التطور لأن كل كائن حي احتفظ بصيانة غشاءه ، حتى أثناء فقدان الجينات الأخرى بالكامل أو نقلها إلى النواة. يتم دعم نظرية التكافل الداخلي بمجموعة كبيرة من الأدلة. يمكن رؤية العملية العامة في الرسم التالي.


اندماج الجينوم وتطور حقيقيات النوى

يعتقد العلماء أن الحدث النهائي في HGT (النقل الأفقي للجينات) يحدث من خلال اندماج الجينوم بين الأنواع المختلفة عندما يصبح كائنان تكافلين جوانيين. يحدث هذا عندما يتم أخذ نوع واحد داخل سيتوبلازم نوع آخر ، مما ينتج عنه في النهاية جينوم يتكون من جينات من كل من التعايش الداخلي والمضيف. هذه الآلية هي جانب من جوانب نظرية التعايش الداخلي ، والتي يتم قبولها من قبل غالبية علماء الأحياء كآلية حيث تحصل الخلايا حقيقية النواة على الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. ومع ذلك ، فإن دور التعايش الداخلي في تطوير النواة هو أكثر إثارة للجدل. يُعتقد أن الحمض النووي النووي والميتوكوندريا من أصل تطوري مختلف (منفصل) ، حيث يتم اشتقاق الحمض النووي للميتوكوندريا من الجينومات الدائرية للبكتيريا التي اجتاحتها الخلايا بدائية النواة القديمة. يمكن اعتبار الحمض النووي للميتوكوندريا على أنه أصغر كروموسوم. ومن المثير للاهتمام أن الحمض النووي للميتوكوندريا موروث من الأم فقط. يتحلل الحمض النووي للميتوكوندريا في الحيوانات المنوية عندما يتحلل الحيوان المنوي في البويضة المخصبة أو ، في حالات أخرى ، عندما تفشل الميتوكوندريا الموجودة في سوط الحيوانات المنوية في دخول البويضة.

خلال العقد الماضي ، تم اقتراح عملية اندماج الجينوم عن طريق التعايش الداخلي لتكون مسؤولة عن تطور الخلايا حقيقية النواة الأولى. باستخدام تحليل الحمض النووي وخوارزمية رياضية جديدة تسمى إعادة الإعمار المكيف (CR) ، تم اقتراح أن الخلايا حقيقية النواة تطورت من اندماج جيني تكافلي داخلي بين نوعين: أحدهما عتائق والآخر بكتيريا. كما ذكرنا ، فإن بعض الجينات حقيقية النواة تشبه تلك الموجودة في العتائق ، في حين أن البعض الآخر يشبه تلك الموجودة في البكتيريا. قد يفسر حدث الاندماج التكافلي الداخلي هذه الملاحظة بوضوح. من ناحية أخرى ، هذا العمل جديد وخوارزمية CR غير مثبتة نسبيًا ، مما يجعل العديد من العلماء يقاومون هذه الفرضية.

الشكل ( PageIndex <1> ): التعايش الداخلي في حقيقيات النوى: النظرية القائلة بأن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء هي في الأصل تكافلي داخلي مقبول الآن على نطاق واسع. الأمر الأكثر إثارة للجدل هو الاقتراح القائل بأن (أ) نواة حقيقية النواة نتجت عن اندماج الجينوم البدائي والبكتيريا وأن (ب) البكتيريا سالبة الجرام ، والتي لها غشاءان ، نتجت عن اندماج بكتيريا العتائق والبكتيريا إيجابية الجرام ، كل من التي لها غشاء واحد.

يقترح العمل الأكثر حداثة أن البكتيريا سالبة الجرام ، الفريدة في مجالها من حيث احتوائها على غشاءين ثنائي الطبقة من الدهون ، نتجت عن اندماج تكافلي داخلي للأنواع البدائية والبكتيرية. سيكون الغشاء المزدوج نتيجة مباشرة للتعايش الداخلي ، حيث يلتقط التعايش الداخلي الغشاء الثاني من المضيف أثناء استيعابه. تم استخدام هذه الآلية أيضًا لشرح الأغشية المزدوجة الموجودة في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. لا يزال الكثير من الشك يحيط بهذه الفرضية ، حيث لا تزال الأفكار محل نقاش داخل مجتمع العلوم البيولوجية.

هناك العديد من الفرضيات الأخرى المتنافسة حول أصل حقيقيات النوى والنواة. إحدى الأفكار حول كيفية تطور النواة حقيقية النواة هي أن الخلايا بدائية النواة أنتجت غشاءًا إضافيًا يحيط بالكروموسوم البكتيري. تحتوي بعض البكتيريا على الحمض النووي المحاط بغشاءين ، ومع ذلك ، لا يوجد دليل على وجود نواة أو مسام نووية. تحتوي البكتيريا البروتينية الأخرى أيضًا على كروموسومات مرتبطة بالغشاء. إذا تطورت نواة حقيقية النواة بهذه الطريقة ، فإننا نتوقع أن يكون أحد نوعي بدائيات النوى أكثر ارتباطًا بحقيقيات النوى. تقترح فرضية أخرى ، وهي فرضية النواة الأولى ، أن النواة تطورت في بدائيات النوى أولاً ، ثم تلاها اندماج جديد لحقيقيات النوى مع البكتيريا التي أصبحت ميتوكوندريا. ومع ذلك ، تقترح الفرضية الأولى للميتوكوندريا أن الميتوكوندريا قد تم تأسيسها لأول مرة في مضيف بدائية النواة ، والذي اكتسب لاحقًا نواة (عن طريق الاندماج أو آليات أخرى) لتصبح أول خلية حقيقية النواة. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الفرضية الأولى لحقيقة النواة تقترح أن بدائيات النوى تطورت بالفعل من حقيقيات النوى بفقدان الجينات والتعقيد. كل هذه الفرضيات قابلة للاختبار. فقط الوقت والمزيد من التجارب سيحددان الفرضية التي تدعمها البيانات بشكل أفضل.

الشكل ( PageIndex <1> ): ثلاث فرضيات لتطور حقيقيات النوى وبدائية النواة: ثلاث فرضيات بديلة لتطور حقيقيات النوى وبدائية النواة هي (أ) فرضية النواة الأولى ، (ب) الفرضية الأولى للميتوكوندريا ، (ج) فرضية حقيقيات النوى أولاً.


البكتيريا التكافلية الداخلية كمصدر للكاروتينات في الذباب الأبيض

على الرغم من أن الكاروتينات تؤدي وظائف بيولوجية مهمة ، إلا أن الحيوانات عمومًا غير قادرة على تصنيع هذه الأصباغ والحصول عليها بدلاً من ذلك من الطعام. ومع ذلك ، فإن العديد من الحيوانات ، مثل الحشرات التي تتغذى على النسغ ، قد يكون لديها وصول محدود إلى الكاروتينات في نظامها الغذائي ، وقد ثبت مؤخرًا أن حشرات المن قد اكتسبت القدرة على إنتاج الكاروتينات عن طريق النقل الجانبي للجينات الفطرية. تحتوي الذبابة البيضاء أيضًا على الكاروتينات ولكنها لا تظهر أي دليل على الجينات المشتقة من الفطريات الموجودة في حشرات المن. نظرًا لأن العديد من الحشرات التي تتغذى على النسغ تحتوي على بكتيريا داخل الخلايا ، فقد تم الافتراض منذ فترة طويلة أن هذه التعايش الداخلي يمكن أن تكون بمثابة مصدر بديل للتخليق الحيوي للكاروتين. قمنا بتسلسل جينوم التعايش الداخلي البكتيري الملزم من الذبابة البيضاء Bemisia tabaci. يُظهر الجينوم توقيعات نموذجية للتعايش الداخلي الملزم في الحشرات التي تتغذى على النسغ ، بما في ذلك تقليل الحجم على نطاق واسع (358.2 كيلو بايت) وإثراء الجينات المشاركة في التخليق الحيوي للأحماض الأمينية الأساسية. على عكس التعايش الداخلي للحشرات المتسلسلة الأخرى ، فإن Portiera يحتوي على متماثلات بكتيرية لجينات التخليق الحيوي للكاروتينويد الفطرية في حشرات المن. لذلك ، يبدو أن السلالات ذات الصلة من الحشرات التي تتغذى على النسغ قد اكتسبت بشكل متقارب نفس الصفة الوظيفية من خلال آليات تطورية متميزة - التعايش الداخلي البكتيري مقابل نقل الجينات الجانبي الفطري.

الأرقام

( أ ) بورتيرا كروموسوم…

( أ ) بورتيرا تم إنشاء خريطة الكروموسوم باستخدام C ircos v. 0.56 [23] ...

سلالة غير متجذرة من الكاروتين ديساتوراس ...

السلالات غير المتجذرة من جينات الكاروتينويد desaturase الموجودة في جينومات البكتيريا والعتائق والنباتات ...


ما هي نظرية التكافل الداخلي؟

تشير نظرية التكافل الداخلي إلى أن الخلايا حقيقية النواة الحديثة (الميتوكوندريا) تطورت في خطوات من خلال التعاون المتبادل إلى خلايا من سلالة نووية من أحفاد متكافلين كيميائيًا عضويًا وضوئيًا.

تنص على أن الميتوكوندريا و Chloroplast كانت بكتيريا تعيش بحرية أسست الإقامة في الخلايا حقيقية النواة البدائية ، مما أسفر في النهاية عن الخلية حقيقية النواة الحديثة.

التكافل هو نوع محدد من العلاقة تعيش فيه الكائنات الحية من نوعين مختلفين في علاقة وثيقة تعتمد على الاستفادة من بعضها البعض.

التعايش الداخلي هو علاقة يعيش فيها كائن حي داخل الآخر ويستفيد كلاهما. يُعتقد أن خلايا أسلاف حقيقيات النوى استهلكت البكتيريا الهوائية والبكتيريا الضوئية مما أدى إلى تطورها إلى الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء على التوالي.

على أساس استقلاليتهم النسبية والتشابه المورفولوجي مع البكتيريا ، اقترح منذ فترة طويلة أن الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء كانت من نسل كائنات بدائية النواة القديمة.

تفترض النظرية أن البكتيريا الهوائية أقامت مكانًا لها داخل السيتوبلازم لخلية حقيقية النواة بدائية. ستمثل هذه البكتيريا سلائف الميتوكوندريا الحالية.

وبطريقة مماثلة ، فإن الامتصاص التعايش الداخلي من بدائيات النوى الأكسجينية الضوئية من شأنه أن يجعل عملية التمثيل الضوئي البدائية حقيقية النواة. ستعتبر هذه البكتيريا الضوئية بعد ذلك مقدمة للبلاستيدات الخضراء الحالية.


التعايش الداخلي البكتيري للبكتيريا - علم الأحياء

ملخص المقال:

الجمعيات التكافلية للبكتيريا

يتضمن الارتباط التكافلي العيش معًا من كائنين مختلفين أو أكثر ، عادةً لبعض الفوائد. يمكن أن تكون العلاقات التكافلية إلزامية أو اختيارية متبادلة أو تعايشية أو تفاعلات بيولوجية طفيلية. يتم التعرف على نوعين من التكافل اعتمادًا على حدوث المتعايشات: في التعايش الخارجي ، أحد الكائنات موجود خارجيًا للآخر وفي التعايش الداخلي يعيش أحدهما داخل الآخر. سيكون من المثير للاهتمام معرفة الروابط التكافلية للبكتيريا مع الحيوانات المختلفة بما في ذلك البشر ، والأوليات ، والطحالب ، والفطريات ، والنباتات. سترى تفاعلات الطبيعة المعقدة للغاية ولكن المنسقة للغاية لأشكال المعيشة المختلفة.

تكافل البكتيريا والحيوانات: من المعروف أن البكتيريا من الكائنات الحية الدقيقة الداخلية والتعايشية الخارجية الشائعة جدًا للإنسان والحشرات والحيوانات الأخرى. يكتسب جميع البشر بكتيريا معينة عند الولادة كنباتات طبيعية تظل مرتبطة طوال فترة الحياة. الحيوانات مثل الماشية تحمل أيضًا بكتيريا معينة مثل البكتيريا المقيمة. تلتصق بكتيريا الفلورا الطبيعية وتستعمر بطانة المخاط الظهارية لأعضاء الجهاز الهضمي والجهاز البولي التناسلي والجهاز التنفسي للحيوانات والبشر. إنهم يمثلون التبادلية والتعايش مع المضيف. تتلقى النباتات الطبيعية بيئة وقائية وتغذية ونقل من المضيف بينما يحصل المضيف على بعض فيتامينات ب ، وتطوير وتنشيط جهاز المناعة والحماية من الميكروبات المسببة للأمراض. تنتج العصيات اللبنية الموجودة في المهبل حمض اللاكتيك الذي يحمي الجهاز البولي التناسلي للإناث من الخمائر المعدية مثل المبيضات والميكروبات الأخرى المسببة للأمراض. بكتيريا الكرش مثل Propionibacterium spp. الإقامة في أمعاء الماشية هي مادة سليولوزية وهضم الطعام السليلوزي الذي تتناوله الماشية الحيوانية ليس لديها وسائل أخرى لاستخدام السليلوز ، كما أن المحتوى السليلوزي للمواد النباتية من المستحيل أن يتحلل بدون مساعدة من بكتيريا الكرش. التفاعل التعاوني بين حشرات المن والبكتيريا Buchnera aphidicola هو أحد أفضل الأمثلة على تعايش الحشرات والبكتيريا. توفر البكتيريا جميع الإنزيمات اللازمة لتخليق الأحماض الأمينية الأساسية التي تفتقر إلى طعام المن (عصارة النبات) في المقابل تقوم حشرات المن بتجميع الإنزيمات اللازمة لبناء جدار الخلية البكتيرية. مثال آخر على التعايش بين البكتيريا والحيوان هو الديدان عديمة الأمعاء ذات الفتحات الحرارية المائية العميقة. لديهم بكتيريا مؤكسدة للكبريت مثل المتعايشين الداخليين نظرًا لعدم امتلاكهم للجهاز الهضمي ، فهم يعتمدون تمامًا على التغذية التي توفرها هذه البكتيريا. تعتبر رابطة الحبار والأسماك الهلامية والأسماك مثل أسماك الصياد وأسماك الفانوس مع البكتيريا المضيئة مثالًا مثيرًا للاهتمام للتفاعل التكافلي. يتم الحصول على التلألؤ البيولوجي عن طريق البكتيريا المضيئة مثل Vibrio fischeri التي تؤوي داخل الأعضاء الضوئية لهذه الحيوانات ، وهي مفيدة جدًا لتحديد موقع الفريسة ، كمكتشف مسار في مناطق أعماق البحار ، لجذب رفيقة أو لتحذير أو صد الحيوانات المفترسة.

رابطة البكتيريا-البروتوزوا: التفاعلات المعقدة بين النمل الأبيض والبكتيريا والأوليات Trichonympha هي مثال جيد على الارتباط المتبادل. السليلوز في شكل ألياف نباتية هو الغذاء الأساسي للنمل الأبيض ولكنه غير قادر على الهضم دون مساعدة الجهاز الهضمي من Trichonympha. من ناحية أخرى ، تعتمد Trichonympha على البكتيريا الموجودة على سطحها لإنزيمات تحلل معينة من أجل الهضم الكامل للمواد السليلوزية. لا يعيش النمل الأبيض ولا Trichonympha والبكتيريا المرتبطة به في غياب أي كائن حي. مثال آخر هو العلاقة بين البروتوزوان ميكسوتريتشا والبكتيريا. يفتقر هذا البروتوزوان إلى الميتوكوندريا ولكنه يؤوي البكتيريا التي تؤدي الوظائف الحيوية للميتوكوندريا.

تكافل البكتيريا والطحالب: لوحظ وجود علاقة ملزمة بين بعض الطحالب العالية والبكتيريا التي تصنع فيتامين ب 12. لا تستطيع بعض الطحالب إنتاج الكوبالامين بمفردها وبالتالي تعتمد على الإمداد الخارجي للكوبالامين الذي تفرزه البكتيريا المرتبطة بخلايا الطحالب. تستمد البكتيريا بدورها التغذية من الطحالب المنتجة أثناء عملية التمثيل الضوئي. يتضح ارتباط البكتيريا والطحالب أيضًا في مياه الصرف الصحي التي تحتوي على تركيز عالٍ من الفوسفور وأثناء عملية الحمأة المنشطة.

تكافل البكتيريا والفطريات: الأشنات ، وهي عبارة عن ارتباط متبادل فريد للغاية بين الفطريات والطحالب ، تتأثر في الواقع بوجود بكتيريا ألفا بروتيوبوتيكية ذاتية التعايش. يتكون ثالوس الحزاز من طحالب خضراء زرقاء أو بكتيريا زرقاء وفطريات ومجتمعات بكتيرية وظيفية. ومع ذلك ، فإن حالتها الوظيفية والفسيولوجية والصرفية لا تزال غير معروفة. في أحد الأمثلة على جمعيات البكتيريا والفطريات ، يؤوي نمو الفطريات النمل بكتيريا خاصة تشبه النوكارديا لحماية المحصول الفطري للنمل من العدوى. توجد هذه البكتيريا على بشرة النمل العامل وتشارك في دورها في منع العدوى والوقاية منها.

الجمعيات التكافلية للنبات البكتيري: العلاقة بين الروهوبيا والنباتات البقولية معروفة جيدًا وتكافل تمت دراستها بشكل مكثف. وهو يمثل تكافؤًا داخليًا إلزاميًا يكون فيه رهيزوبيا من Rhizobium spp. و Bradyrhizobium spp. إجراء عملية تثبيت النيتروجين البيولوجية الفريدة داخل العقيدات الجذرية للنباتات المضيفة للبقوليات. توفر البكتيريا أو جذمور العقيدات نيتروجينًا ثابتًا لتلبية متطلبات النيتروجين للنبات المضيف وتتلقى بدورها الحماية والأكسجين والمغذيات الضوئية لنموها. تعمل البكتيريا الحية الحرة المثبتة للنيتروجين مثل Azospirillum و Frankia و Azotobacter أيضًا على إصلاح النيتروجين ولكن بالتعايش الخارجي مع الأعشاب والأشجار ونباتات المحاصيل على التوالي. العقيدات الجذرية المثبتة للنيتروجين والبكتيريا الحية الحرة هي مكونات وظيفية حية متكاملة للنظم البيئية الأرضية. التفاعل بين السرخس المائي والأزولا والبكتيريا الزرقاء Anabaena spp. هو أيضًا مثال ممتاز على الارتباط التكافلي الإجباري. تقوم Anabaena بتثبيت النيتروجين في شكل قابل للاستخدام للسرخس ، وبالتالي تحصل على موطن وقائي وأكسجين ومغذيات تتشكل أثناء عملية التمثيل الضوئي للأزولا. تعيش أنواع مختلفة من الجذور الأصلية وبكتيريا التربة مثل Pseudomonas و Micrococcus و Bacillus و Proteus و Sarcina و Actinomyces أيضًا مع الأنواع النباتية. يقومون بتعبئة مركبات الفوسفات غير القابلة للذوبان في شكل قابل للاستخدام ، وعزل الحديد والزنك الضروريين لنمو النبات ومضيف النبات بدوره يعزز نمو هذه البكتيريا من خلال توفير إفرازات جذرية مغذية كمصدر للكربون والطاقة. تحمي البكتريا الجذرية مضيف النبات من ميكروبات التربة الضارة ، كما تعمل على تحلل ملوثات التربة غير التقليدية مثل الهيدروكربونات أو بقايا المبيدات الحشرية أو المعادن الثقيلة الموجودة بالقرب من جذور النبات. تعتبر رابطة البكتيريا الجذرية النباتية مفيدة للغاية لأنها تشكل أساس تطبيقات المعالجة النباتية والتخصيب الحيوي.

العلاقات بين البكتيريا والبكتيريا: تمثل أزهار البكتيريا الزرقاء ، وتشكيل الأغشية الحيوية مثل لوحة الأسنان ، والالتهابات الانتهازية ، وإشراك البكتيريا الأصلية أو الاتحادات في التحلل البيولوجي للبتروكيماويات أو مبيدات الآفات أمثلة كلاسيكية للتفاعلات بين البكتيريا المختلفة. تم العثور على التربة والبيئات المائية الملوثة بانسكابات النفط تحتوي على بكتيريا أصلية مثل Aeromonas و Pseudomonas و Sphingomonas و Acinetobacter و Brevibacterium و Micrococcus و Arthrobacter و Bacillus مما يؤدي إلى تدهور المكونات العطرية والأليفاتية للزيت. كما تم التحقيق في أن معدل التحلل كان أعلى عندما تعمل هذه البكتيريا كوحدة من السلالة الفردية. تم العثور على العديد من الأنواع البكتيرية من Pseudomonas و Deinococcus و Actinobacteria لتكون مرتبطة بالبكتيريا الزرقاء التي تشكل أزهارًا ضارة. تم العثور على بعض هذه البكتيريا أيضًا تعمل على تحلل سموم الطحالب لتلقي متطلباتها الغذائية. تستطيع البكتيريا الموجودة في الاتحادات التواصل عن طريق آلية استشعار النصاب. تعمل البكتيريا في الاتحادات أو الأغشية الحيوية بالتنسيق وتحصل على مزايا مثل الحماية والتغذية ومقاومة العوامل المضادة للميكروبات.

يمكن أن يكون هناك المزيد من الأمثلة على الارتباطات البكتيرية مع الكائنات الحية الأخرى ، تم وصف القليل منها فقط في هذه المقالة للحصول على فكرة حول تنوع التفاعلات البكتيرية. قد يكون هناك أيضًا احتمال وجود تفاعلات جديدة لم نكتشفها بعد ، لذا سيكون هذا أحد مجالات التحقيق للباحثين المتحمسين.


الميكروبات المهندسة لنمذجة التعايش الداخلي

حتى لو كانت نظرية التكافل الداخلي المعروفة صحيحة ، وبمجرد أن تطورت الكائنات الحية وحيدة الخلية الحرة لتصبح عضيات داخل خلايا أكبر ، فلا يزال هناك الكثير من الأمور غير المبررة حول كيفية تعاون الميكروبات بشكل وثيق مع بعضها البعض. على سبيل المثال ، إذا تطورت البكتيريا التكافلية الداخلية لتصبح ميتوكوندريا ، فمن المفترض أنها فقدت الكثير من محتواها الجيني على طول الطريق. لدراسة كيفية حدوث التبسيط الجيني للبكتيريا التكافلية الداخلية ، جنبًا إلى جنب مع العمليات التطورية الأخرى ، صمم العلماء في Scripps Research كائنين ، خميرة وبكتيريا ، لتلخيص تاريخ التعايش الداخلي ، وهي قصة تزيد عن 1.5 مليار سنة قديم.

بشكل أساسي ، قام فريق Scripps ، بقيادة بيتر شولتز ، دكتوراه ، الرئيس والمدير التنفيذي لأبحاث Scripps ، بتصميم كائن حي مركب ، يتكون الجزء الأكبر منه من تعديل وراثيًا. خميرة الخميرة، والبتات الداخلية التي تكونت من معدلة وراثيا الإشريكية القولونية. تم تغيير جزء الخميرة بحيث كانت الميتوكوندريا الخاصة بها تعاني من نقص في توفير الطاقة في شكل ATP ، وهو شيء تم تعديل الأجزاء البكتيرية لتزويده بوفرة. أيضًا ، تم تغيير الأجزاء البكتيرية بحيث تعتمد على الخميرة للحصول على فيتامين أساسي ، وهو الثيامين. أخيرًا ، تغيرت البروتينات السطحية للأجزاء البكتيرية ، مما سمح لها بالهروب من الدمار في العصارة الخلوية الخميرة.

لذا ، عندما تم تجميع كل الأجزاء معًا ، ماذا حدث؟ عاشت البكتيريا وتكاثرت في وئام مع مضيفيها لأكثر من 40 جيلًا وبدا أنها قابلة للحياة إلى أجل غير مسمى. تم إنشاء هذا الاكتشاف من خلال مراقبة البكتيريا التي تعيش في الخميرة والعصارة الخلوية مع الفحص المجهري الفلوري والتصوير المقطعي بالأشعة السينية.

تستفيد الخميرة المضيفة التي تعاني من نقص التنفس من إدراج البكتيريا المحسنة للتنفس ، والتي تستفيد بدورها من فائض الثيامين الذي توفره الخميرة. ظلت هذه الكائنات الخيمرية مستقرة من خلال أكثر من 40 عملية مضاعفة. [أبحاث سكريبس]

ظهرت النتائج التفصيلية في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، في مقال بعنوان "هندسة التعايش الداخلي للخميرة كخطوة نحو تطور الميتوكوندريا." وصفت هذه المقالة كيفية التعبير عن حالة الأحرف في ADP / ATP بكتريا قولونية تم استخدامه لتزويد ATP بنقص التنفس cox2 متحولة الخميرة وتمكين نمو الخميرة -بكتريا قولونية الوهم على مصدر كربون غير قابل للتخمر.

"بطريقة تبادلية ، تقدم الخميرة الثيامين إلى تعايش جواني بكتريا قولونية الثيامين auxotroph ، "أشارت المقالة. "التعبير عن العديد من البروتينات الشبيهة بـ SNARE في بكتريا قولونية كان مطلوبًا أيضًا ، من المحتمل أن يمنع التحلل الليزوزومي للبكتيريا داخل الخلايا. "

اختتم فريق سكريبس الدراسة بمزيد من تجارب الطرح الجيني ، وكانت النتائج واعدة: وجد العلماء أنهم لا يستطيعون القضاء فقط على بكتريا قولونية الثيامين ، ولكن أيضًا الجينات الكامنة وراء إنتاج الجزيء الأيضي NAD وسيرين الأحماض الأمينية ، ولا تزال تحصل على تعايش قابل للحياة.

& # 8220 نحن الآن في طريقنا لإظهار أنه يمكننا حذف الجينات لصنع جميع الأحماض الأمينية العشرين ، والتي تشكل جزءًا مهمًا من بكتريا قولونية الجينوم ، & # 8221 يقول الدكتور شولتز. & # 8220 بمجرد أن نحقق ذلك ، ننتقل إلى حذف الجينات لتوليفات العوامل المساعدة والنيوكليوتيدات ، ونأمل في غضون سنوات قليلة أن نتمكن من الحصول على جينوم تكافلي داخلي ضئيل حقًا. & # 8221

كمؤلفي PNAS خلص المقال إلى أن "هذا النظام الذي يتم التلاعب به بسهولة يجب أن يسمح بتحديد تجريبي للتكيفات بين المضيف والتعايش الداخلي التي حدثت أثناء تطور جينوم الميتوكوندريا الحالي المنخفض للغاية."

للمضي قدمًا ، يأمل الباحثون في استخدام أنظمة مضيفة ذاتية التعايش لاستكشاف حلقات مهمة أخرى في التطور ، مثل أصل البلاستيدات الخضراء ، وهي عضيات ممتصة للضوء لها دور يشبه الميتوكوندريا في إمداد النباتات بالطاقة.


التعايش الداخلي الثانوي: حقيقيات النوى تجتاح حقيقيات النوى

النواة

بمجرد أن تطورت حقيقيات النوى غيرية التغذية والضوئية على حد سواء ، غمرت الأولى الأخيرة بشكل متكرر لاستغلال طريقة حياتها ذاتية التغذية. العديد من الحيوانات التي تعيش اليوم تبتلع الطحالب لهذا الغرض [رابط إلى الأمثلة]. عادة يمكن تنمية الشركاء في هذه العلاقات المتبادلة بشكل منفصل.

ومع ذلك ، تشير مجموعة متزايدة من الأدلة إلى أن البلاستيدات الخضراء من بعض الطحالب لم يتم اشتقاقها عن طريق ابتلاع البكتيريا الزرقاء في التعايش الداخلي الأولي مثل تلك التي نوقشت أعلاه ، ولكن عن طريق الابتلاع حقيقيات النوى الضوئية. هذا يسمي التعايش الداخلي الثانوي. لقد حدث منذ زمن بعيد أن هؤلاء المتعايشين الداخليين لا يمكن تربيتهم بعيدًا عن مضيفهم.

في مجموعتين ، يمكن رؤية الطبيعة حقيقية النواة للتعايش الداخلي من خلال احتفاظها ببقايا النواة (تسمى نيوكليومورف).

  • تسمى مجموعة من الطحالب أحادية الخلية متحركة كريبتوموناد يبدو أنه نتيجة تطورية لسوط حقيقيات النواة غير اصطناعي (أي ، كائن أولي) يبتلع طحلب أحمر عن طريق الالتقام.
  • تسمى مجموعة أخرى صغيرة من الطحالب وحيدة الخلية كلوراراشنيوفيتيس، يبدو أنه نتيجة لابتلاع طائر وحيد الخلية أ لون أخضر طحلب.
  • نواتها الخاصة
  • الميتوكوندريا الخاصة بها
  • شبكتها الإندوبلازمية الخاصة ، والتي تحتوي على التعايش الداخلي مع
    • غشاء البلازما الخاص بها
    • السيتوبلازم الخاص بها ، و مساحة بيريبلاستيد
    • الريبوسومات الخاصة به
    • البلاستيدات الخضراء الخاصة بها ، و
    • إنه نيوكليومورف - فقط بقايا نواتها الأصلية ، لكنها لا تزال
      • محاطة بغلاف نووي مثقوب بمجمعات مسامية نووية و
      • يحتوي على جينوم صغير ولكنه لا يزال يعمل.

      الجينوم الأربعة لـ غيلارديا ثيتا

      • جينومها النووي هو الأكبر إلى حد بعيد مع 87.2x10 6 أزواج قاعدية (bp) من الحمض النووي
      • جينوم الميتوكوندريا (48000 سنة مضت)
      • جينوم البلاستيدات الخضراء في التعايش الداخلي لها (121000 سنة مضت)
      • جينوم النواة (551،264 نقطة أساس).

      أفادت سوزان دوغلاس وزملاؤها (في عدد 26 أبريل 2001 من طبيعة سجية) الجينوم المتسلسل بالكامل للنيوكليومورف.

      • 47 جينة لـ nonmessenger RNAs (rRNA ، tRNA ، snRNA)
      • 464 جينًا لـ messenger RNA أي ترميز البروتينات مثل
        • 65 بروتينًا للريبوزومات الخاصة بها
        • 30 بالنسبة للبلاستيدات الخضراء (جزء صغير من المئات المطلوب)
        • مجموعة متنوعة من البروتينات اللازمة داخل النواة ، بما في ذلك
          • البروتينات اللازمة لتكرار الحمض النووي (ولكن لا توجد جينات لبوليميرات الحمض النووي ، والتي يجب ترجمتها واستيرادها من الريبوسومات المضيفة)

          تفاعلات الجينوم في غيلارديا ثيتا

          • تحتاج البلاستيدات الخضراء إلى بروتينات يتم تصنيعها بواسطة 3 جينومات مختلفة: جينومها الخاص ، والأشكال النووية ، والمضيف.
          • لقد تخلى جينوم النواة النووية عن جميع (باستثناء واحد) من جيناته المشفرة للإنزيمات من أجل وظائف التمثيل الغذائي العامة التي يعتمد التعايش الداخلي الآن على تلك المشفرة بواسطة نواة المضيف.
          • يعتمد الشكل النووي نفسه أيضًا على الجينات (على سبيل المثال ، بالنسبة لبوليميرات الحمض النووي) الموجودة في نواة المضيف.

          أبيكوبلاست

          إن apicoplast (اختصار لـ "apicomplexan plastid") هو عضية منفردة توجد في الطلائعيات المكونة من apicomplexan: "sporozoans" مثل المتصورة المنجلية (وعوامل الملاريا الأخرى) و التوكسوبلازما.

          • أساسي - لا يمكن للكائنات الحية أن تعيش بدونها
          • مغلفة بـ 4 أغشية
          • يحتوي على الجينوم الخاص به ، وهو جزيء دائري من الحمض النووي (35000 زوج قاعدي) الذي يشفر

              إن Apicoplast هو نتاج تعايش داخلي قديم حيث ابتلع سلف حقيقيات النوى طحلبًا وحيد الخلية و [مدش] ربما طحلب أحمر و [مدش] مع بلاستيدات خضراء مفردة. بمرور الوقت ، فقدت النواة (لا توجد نواة متبقية) بالإضافة إلى العديد من ميزات البلاستيدات الخضراء (بما في ذلك قدرتها على إجراء التمثيل الضوئي).

              هل يمكن أن يستمر التكافل الثانوي؟

              • تفقد الطحالب سوطها وهيكلها الخلوي
              • المضيف يفقد جهاز التغذية الخاص به
              • يتحول المضيف من التغذية غيرية التغذية إلى التغذية الذاتية (التمثيل الضوئي)
              • يصبح المضيف قادرًا على الانجذاب الضوئي.

              عندما ينقسم العائل عن طريق الانقسام ، تحصل خلية واحدة فقط على البلاستيد. تعيد الخلية الأخرى إنماء جهاز التغذية وتكون جاهزة لابتلاع طحلب آخر.

              يمكنك قراءة التفاصيل في Okamoto، N. & amp Inouye، I.، علم, 310: 287 ، 14 أكتوبر 2005.


              التعايش الداخلي البكتيري للبكتيريا - علم الأحياء

              يتطلب العمل الجماعي: كيف غيّر التعايش الداخلي الحياة على الأرض
              بواسطة فريق Understanding Evolution

              في عام 1966 ، كان عالم الأحياء الدقيقة كوانغ جيون يدرس كائنات وحيدة الخلية تسمى الأميبات ، عندما أصيبت مجتمعات الأميبات التابعة له بطاعون غير متوقع: عدوى بكتيرية. حرفياً الآلاف من الغزاة الصغار & # 151 الذين أطلقوا على البكتيريا x من قبل Jeon & # 151 محشورون داخل كل خلية من خلايا الأميبا ، مما تسبب في مرض الخلية بشكل خطير. نجا عدد قليل فقط من الأميبات من الوباء.


              شكل الأميبا الشبيه بالنقطة

              ومع ذلك ، بعد عدة أشهر ، بدا أن الأميبات القليلة الباقية ونسلها يتمتعون بصحة جيدة بشكل غير متوقع. هل تمكنت الأميبات أخيرًا من محاربة عدوى البكتيريا السينية؟ تفاجأ جيون وزملاؤه عندما اكتشفوا أن الإجابة كانت لا & # 151 ، كانت البكتيريا السينية لا تزال مزدهرة داخل مضيفي الأميبات ، لكنها لم تعد تجعل الأميبات مريضة. كان هناك المزيد من المفاجآت عندما استخدم جيون المضادات الحيوية لقتل البكتيريا داخل الأميبا و # 151 ماتت الأميبا المضيفة أيضًا! لم يعد بإمكان الأميبات العيش بدون مهاجميها السابقين. اكتشف جيون أن هذا يرجع إلى أن البكتيريا تصنع بروتينًا تحتاجه الأميبات للبقاء على قيد الحياة. تغيرت طبيعة العلاقة بين النوعين تمامًا: من الهجوم والدفاع إلى التعاون.


              التعايش الداخلي - طبيعة العلوم

              فكرة أن الميتوكوندريا كانت موجودة في يوم من الأيام كبكتيريا حية حرة وأن خلية بسيطة اجتاحت إحدى هذه الخلايا البكتيرية وأصبحت على الفور خلية حقيقية النواة هي فكرة صعبة & lsquoprove & rsquo. حقيقة أن هذا حدث منذ ملايين السنين لا يساعد العلم ولكنه توضيح رائع لطبيعة العلم. توضح قصة عالمة الأحياء و rsquos المثابرة والإبداع في بحثها على مدى ستة عشر عامًا بعض الأفكار المهمة حول طبيعة العلم. اقرأ صفحات الويب وأجب عن الأسئلة للحصول على نظرة ثاقبة للطريقة العلمية.

              وصف الدرس

              أفكار رئيسية حول طبيعة العلم

              • يمكن للعلم اختبار الفرضيات حول الأحداث التي حدثت منذ فترة طويلة.
              • يتم اختبار الأفكار العلمية بخطوط متعددة من الأدلة.
              • العلم مسعى مجتمعي - الاكتشافات الجديدة تعتمد على المجتمع العلمي.
              • الأفكار العلمية تتطور مع أدلة جديدة.
              • يمكن للطريقة العلمية التغلب على التحيزات الفردية.

              النشاط 1: دراسة عمل Lynn Margulis وأبحاثها حول التعايش الداخلي؟

              اقرأ الصفحات الخمس الأولى من المقال من جامعة بيركلي ، عالم تحت المجهر

              يوضح هذا الرسم البياني تدفق النشاط في & # 39 الاستكشاف والاكتشاف & # 39 للأفكار في العلوم. (طبيعة العلم)

              النشاط 2: أجب عن الأسئلة التالية باستخدام ورقة عمل الطالب التعايش الداخلي

              1. ما هي جوانب & # 39 الاستكشاف والاكتشاف & # 39 التي دفعت لين مارغوليس لبدء بحثها في نظرية التعايش الداخلي؟ (انقر فوق العين لعرض إجابة نموذجية)
              • الأميبا تجتاح الطعام
              • تكرار الحمض النووي أثناء انقسام الخلية
              • تقسيم الميتوكوندريا في خلايا حقيقيات النوى.
              • تحتوي البلاستيدات الخضراء على حمضها النووي وتتكاثر عن طريق الانقسام إلى قسمين

              وجدت الإلهام في عمل جريجور مندل

              استكشفت الأدب (أي قرأت عن أعمال علماء آخرين)

              يوضح هذا الرسم البياني خطوات اختبار الأفكار التي توضح كيفية قيام العلماء بجمع البيانات لدعم أفكارهم أو تزويرها.

                حدد الفرضية التي ذكرتها لين مارغوليس في بداية بحثها في التعايش الداخلي.

              The hypothesis stated that bacteria experienced several episodes of endosymbiosis which lead to the formation of eukaryotic cells, once for mitochondria, for chloroplasts, and also for flagella (microtubules).

              Parsimony - scientists prefer simpler explanations over more complex ones, evolution already explained most observations.

              Inconsistency with the accepted theory of evolution - the accumulation of small changes is not the same as large changes from a single endosymbiosis.

              Bias - most scientists working on evolution were focused on large animals.

              Mitochondria can reproduce themselves, they contain their own genetic material (DNA) which can code for traits within the mitochondria, and they are free living prokaryote relatives of mitochondria.

              The evidence for endosymbiosis of flagella material is not conclusive, the evidence for the presence of DNA or RNA is not strong and does not support the hypothesis of endosymbiosis at present.

              She found no evidence to support the step-by-step evolution of mitochondria within cells. No cells have been seen with simple forms of mitochondria showing these steps.

              Teachers' notes

              This activity works well if you print each page from the article just once (or twice in a large class) and ask students to read just one page and then to explain their pages to the class in a logical order.

              Steps for running the activity:

              1. Give out a page to each student
              2. Silent reading (5 minutes) - highlight key points and any questions in the text
              3. Sharing - tell a partner about your page, and listen to them describing their page (10 minutes)
              4. Note-it - write a short summary of the main idea on a sticky note.
              5. Each student uses their sticky note and the highlights to explain what information is in each page.

              The evidence for the theory of endosymbiosis is a great opportunity to review the structure of prokaryote and eukaryote cells.

              There is also an opportunity to introduce the idea of the three Domains of classification, as the Archae (bacteria) are mentioned in the information.


              The Science of Sauerkraut: Bacterial Fermentation, Yum!

              Last week my husband needed some jars for cooking purposes. Tesco sell jars for somewhere around £3 each. However they also sell large jars full of sauerkraut for £1 each.

              Last week my husband needed some jars for cooking purposes. Tesco sell jars for somewhere around ?3 each. However they also sell large jars full of sauerkraut for ?1 each. Which means that last weekend we had an awful lot of sauerkraut to try and get through.

              I’m not a great fan of sauerkraut, which is a pity because most of the taste comes from the action of bacteria. Not just one bacteria either, but a whole range of different species are involved in the fermentation process. The bacteria don’t even need to be added to the sauerkraut, as they live naturally on the cabbage leaves. All that is required to start the process off is shredded cabbage and salt.

              The first stage of sauerkraut fermentation involves anaerobic bacteria, which is why the shredded cabbage and salt need to be packed in an airtight container. At this stage the surrounding environment is not acidic, just cabbagey. The bacteria, mostly ليوكونوستوك species, produce carbon dioxide (replacing the last vestiges of oxygen in the jar) and lactic acid, which is a natural byproduct of anaerobic respiration. Eventually, the conditions within the jar become too acidic for these bacteria to survive and they die out, replaced with bacteria that can better handle the acidic conditionس مثل اكتوباكيللوس محيط.

              ال lactobacillus further ferment any sugars remaining in the cabbage, using anaerobic respiration. This produces more lactic acid, until the sauerkraut reaches a pH of about 3. These bacteria are inhibited by high salt concentrations (so most sauerkraut contains around 2-3% salt) and low temperatures, which is why the fermenting jars should be left at room temperature rather than in the fridge. At pH3 the lactobacillus stop fermenting and the sauerkraut can be stored until needed.

              All the these bacteria help to create the tangy acidic taste, however there are ways that microbial growth can go wrong. Overgrowth of the lactobacillus, for example if the jar is stored at too high a temperature during fermentation, can cause the sauerkraut to form the wrong consistency. Likewise if the sauerkraut gets too acidic too early the lactobacillus get in on the action early leading to soft sauerkraut. Although the finished sauerkraut is far too acidic for pathogens to live in, fungal spores may settle on the surface and spread, spoiling the food.

              Although sauerkraut is a German word, the dish is thought to have originated in China with cabbage fermented in rice wine or brine. This spread to Europe by way of Ghengis Khan’s invaders where the cabbage was dry cured with salt. As sauerkraut keeps for long periods, and is a source of vitamin C, it was favoured by the Dutch sailors, who took it with them when they travelled to America. Captain Cook also travelled with it to Australia, as sauerkraut contains a range of vitamins and minerals that are difficult to obtain when travelling for long periods at sea.

              As the bacteria required for sauerkraut fermentation are found on the cabbage leaves, it’s a very easy and healthy dish to produce. All you need is cabbage! By exploiting the actions of bacteria simple ingredients such as cabbage and salty water can be used to produce a healthy dish that can be stored long past the time when raw fruit and vegetables will have begun to spoil.

              الآراء المعبر عنها هي آراء المؤلف (المؤلفين) وليست بالضرورة آراء Scientific American.

              عن المؤلفين)

              A biochemist with a love of microbiology, the Lab Rat enjoys exploring, reading about and writing about bacteria. Having finally managed to tear herself away from university, she now works for a small company in Cambridge where she turns data into manageable words and awesome graphs.