معلومة

9.4B: الإشارات في البكتيريا - علم الأحياء

9.4B: الإشارات في البكتيريا - علم الأحياء


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.

تسمح الإشارات البكتيرية للبكتيريا بمراقبة الظروف الخلوية والتواصل مع بعضها البعض.

أهداف التعلم

  • وصف كيفية حدوث إشارات الخلية في الكائنات وحيدة الخلية مثل البكتيريا

النقاط الرئيسية

  • يبدأ التعبير الجيني في البكتيريا عندما تصل الكثافة السكانية للبكتيريا إلى مستوى معين.
  • تسمى الإشارات البكتيرية استشعار النصاب لأن كثافة الخلية هي العامل المحدد للإشارة.
  • يستخدم استشعار النصاب المحرضات الذاتية ، التي تفرزها البكتيريا للتواصل مع البكتيريا الأخرى من نفس النوع ، مثل جزيئات الإشارة.
  • قد تكون المحرضات الذاتية جزيئات صغيرة كارهة للماء ، أو يمكن أن تكون جزيئات أكبر قائمة على الببتيد ؛ بغض النظر ، كل نوع من الجزيئات له طريقة عمل مختلفة.
  • تشكل بعض البكتيريا أغشية حيوية ، وهي عبارة عن مستعمرات معقدة من البكتيريا تتبادل الإشارات الكيميائية لتنسيق إطلاق السموم التي تهاجم المضيف.

الشروط الاساسية

  • إدراك النصاب: طريقة للتواصل بين الخلايا البكتيرية عن طريق إطلاق واستشعار جزيئات الإشارة الصغيرة القابلة للانتشار
  • المحرض الذاتي: أي من المركبات العديدة التي تصنعها البكتيريا والتي لها وظائف تأشير في استشعار النصاب
  • بيوفيلم: طبقة رقيقة من المخاط تم إنشاؤها وتحتوي على مستعمرة من البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى

الإشارات في البكتيريا

تُمكِّن الإشارات في البكتيريا ، المعروفة باسم استشعار النصاب ، البكتيريا من مراقبة الظروف خارج الخلية ، والتأكد من وجود كميات كافية من العناصر الغذائية ، وتجنب المواقف الخطرة. ومع ذلك ، هناك ظروف عندما تتواصل البكتيريا مع بعضها البعض.

لوحظ أول دليل على التواصل البكتيري في بكتيريا لها علاقة تكافلية مع حبار هاواي بوبتيل. عندما وصلت الكثافة السكانية للبكتيريا إلى مستوى معين ، بدأ التعبير الجيني المحدد: أنتجت البكتيريا بروتينات ضيائية حيوية تنبعث منها الضوء. نظرًا لأن عدد الخلايا الموجودة في البيئة (كثافة الخلية) هو العامل المحدد للإشارة ، فقد تم تسمية الإشارات البكتيرية باسم استشعار النصاب. ومن المثير للاهتمام ، في السياسة والأعمال ، أن النصاب القانوني هو الحد الأدنى لعدد الأعضاء المطلوب حضورهم للتصويت على قضية ما.

يستخدم استشعار النصاب المحرضات الذاتية كجزيئات إشارات. المحرضات الذاتية هي جزيئات تفرزها البكتيريا للتواصل مع بكتيريا أخرى من نفس النوع. يمكن أن تكون المحرضات الذاتية المفرزة عبارة عن جزيئات صغيرة كارهة للماء ، مثل أسيل هوموسيرين لاكتون (AHL) ، أو جزيئات أكبر قائمة على الببتيد. لكل نوع من الجزيئات طريقة عمل مختلفة. عندما يدخل AHL البكتيريا المستهدفة ، فإنه يرتبط بعوامل النسخ ، والتي تقوم بعد ذلك بتشغيل أو إيقاف التعبير الجيني. تحفز المحرضات الذاتية الببتيدية مسارات إشارات أكثر تعقيدًا تشمل كينازات بكتيرية. يمكن أن تكون التغييرات في البكتيريا بعد التعرض للمحفزات الذاتية واسعة النطاق. البكتيريا المسببة للأمراض الزائفة الزنجارية لديها 616 جينًا مختلفًا تستجيب للمحرضات الذاتية.

تشكل بعض أنواع البكتيريا التي تستخدم استشعار النصاب أغشية حيوية ، وهي مستعمرات معقدة من البكتيريا (غالبًا ما تحتوي على عدة أنواع) تتبادل الإشارات الكيميائية لتنسيق إطلاق السموم التي تهاجم المضيف. يمكن أحيانًا العثور على الأغشية الحيوية البكتيرية على المعدات الطبية. عندما تغزو الأغشية الحيوية الغرسات ، مثل بدائل الورك أو الركبة أو أجهزة تنظيم ضربات القلب ، فإنها يمكن أن تسبب التهابات تهدد الحياة.


انجذاب كيميائي

انجذاب كيميائي (من عند العلاج الكيميائي + سيارات الأجرة) هي حركة كائن حي أو كيان استجابة لمحفز كيميائي. [1] تقوم الخلايا الجسدية والبكتيريا والكائنات الأخرى أحادية الخلية أو متعددة الخلايا بتوجيه حركاتها وفقًا لبعض المواد الكيميائية في بيئتها. هذا مهم للبكتيريا للعثور على الطعام (مثل الجلوكوز) عن طريق السباحة نحو أعلى تركيز لجزيئات الطعام ، أو الهروب من السموم (مثل الفينول). في الكائنات متعددة الخلايا ، يعد الانجذاب الكيميائي أمرًا بالغ الأهمية للتطور المبكر (على سبيل المثال ، حركة الحيوانات المنوية نحو البويضة أثناء الإخصاب) والمراحل اللاحقة من التطور (على سبيل المثال ، هجرة الخلايا العصبية أو الخلايا الليمفاوية) وكذلك في الوظيفة الطبيعية والصحة (على سبيل المثال ، هجرة الكريات البيض أثناء الإصابة أو العدوى). [2] بالإضافة إلى ذلك ، فقد تم الاعتراف بأن الآليات التي تسمح بالانجذاب الكيميائي في الحيوانات يمكن تخريبها خلال ورم خبيث السرطان. [3] كما يساهم الانجذاب الكيميائي الشاذ للكريات البيض والخلايا الليمفاوية في الإصابة بالأمراض الالتهابية مثل تصلب الشرايين والربو والتهاب المفاصل. [4] [5] [6] [7] المكونات الخلوية الفرعية ، مثل رقعة القطبية الناتجة عن خميرة التزاوج ، قد تعرض أيضًا سلوكًا كيميائيًا. [8]

إيجابي يحدث الانجذاب الكيميائي إذا كانت الحركة نحو تركيز أعلى للمادة الكيميائية المعنية نفي الانجذاب الكيميائي إذا كانت الحركة في الاتجاه المعاكس. يمكن أن يسمى الحركية التي يتم دفعها كيميائيًا (الموجه بشكل عشوائي أو غير الاتجاهي) بالحركة الكيميائية.


الإشارات في البكتيريا

تمكّن الإشارات في البكتيريا البكتيريا من مراقبة الظروف خارج الخلية ، والتأكد من وجود كميات كافية من العناصر الغذائية ، والتأكد من تجنب المواقف الخطرة. ومع ذلك ، هناك ظروف عندما تتواصل البكتيريا مع بعضها البعض.

لوحظ أول دليل على التواصل البكتيري في بكتيريا لها علاقة تكافلية مع حبار هاواي بوبتيل. عندما تصل الكثافة السكانية للبكتيريا إلى مستوى معين ، يبدأ التعبير الجيني المحدد ، وتنتج البكتيريا بروتينات ضيائية حيوية تنبعث منها الضوء. نظرًا لأن عدد الخلايا الموجودة في البيئة (كثافة الخلية) هو العامل المحدد للإشارة ، فقد تم تسمية الإشارات البكتيرية إدراك النصاب. في السياسة والأعمال ، النصاب القانوني هو الحد الأدنى لعدد الأعضاء المطلوب حضورهم للتصويت على قضية ما.

يستخدم استشعار النصاب المحرضات الذاتية كجزيئات إشارات. المحرضات الآلية هي جزيئات تفرزها البكتيريا للتواصل مع بكتيريا أخرى من نفس النوع. يمكن أن تكون المحرضات التلقائية المفرزة عبارة عن جزيئات صغيرة كارهة للماء مثل أسيل-هوموسيرين لاكتون (AHL) أو جزيئات أكبر قائمة على الببتيد ، ولكل نوع من الجزيئات طريقة عمل مختلفة. عندما يدخل AHL البكتيريا المستهدفة ، فإنه يرتبط بعوامل النسخ ، والتي تقوم بعد ذلك بتشغيل أو إيقاف التعبير الجيني (انظر الشكل 2). تحفز المحرضات الذاتية الببتيدية مسارات إشارات أكثر تعقيدًا تشمل كينازات بكتيرية. يمكن أن تكون التغييرات في البكتيريا بعد التعرض للمحفزات الذاتية واسعة النطاق. البكتيريا المسببة للأمراض الزائفة الزنجارية لديها 616 جينًا مختلفًا تستجيب للمحرضات الذاتية.

سؤال الممارسة

الشكل 2. المحرضات الذاتية هي جزيئات صغيرة أو بروتينات تنتجها البكتيريا التي تنظم التعبير الجيني.

أي من العبارات التالية خاطئة عن استشعار النصاب؟

  1. يجب أن يرتبط المحرض الذاتي بالمستقبل لتشغيل نسخ الجينات المسؤولة عن إنتاج المزيد من المحرض الذاتي.
  2. يبقى المستقبل في الخلية البكتيرية ، لكن المحرض الذاتي ينتشر.
  3. يمكن أن يعمل Autoinducer فقط على خلية مختلفة: لا يمكن أن يعمل على الخلية التي يتكون فيها.
  4. يقوم Autoinducer بتشغيل الجينات التي تمكن البكتيريا من تكوين غشاء حيوي.

تشكل بعض أنواع البكتيريا التي تستخدم استشعار النصاب أغشية حيوية ، وهي مستعمرات معقدة من البكتيريا (تحتوي غالبًا على عدة أنواع) تتبادل الإشارات الكيميائية لتنسيق إطلاق السموم التي ستهاجم المضيف. يمكن أحيانًا العثور على الأغشية الحيوية البكتيرية (الشكل 3) على المعدات الطبية عندما تغزو الأغشية الحيوية الغرسات مثل بدائل الورك أو الركبة أو أجهزة تنظيم ضربات القلب ، ويمكن أن تسبب التهابات تهدد الحياة.

تمكن الاتصالات الخلوية المكورات العنقودية الذهبية البكتيريا (الشكل 3 أ) للعمل معًا لتشكيل غشاء حيوي داخل قسطرة المريض بالمستشفى ، ويُرى هنا عبر الفحص المجهري الإلكتروني. بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية هو السبب الرئيسي للعدوى المكتسبة من المستشفيات. حبار هاواي بوبتيل (الشكل 3 ب) له علاقة تكافلية مع البكتيريا ذات الإضاءة الحيوية فيبريو فيشيري. يجعل اللمعان من الصعب رؤية الحبار من الأسفل لأنه يزيل ظله بشكل فعال. في مقابل التمويه ، يوفر الحبار الغذاء للبكتيريا. عيش حر فيشيري لا تنتج لوسيفيراز ، الإنزيم المسؤول عن التلألؤ ، ولكن فيشيري الذين يعيشون في علاقة تكافلية مع الحبار تفعل. يحدد استشعار النصاب ما إذا كان يجب على البكتيريا إنتاج إنزيم لوسيفيراز.

سؤال الممارسة

الشكل 3. (أ) بكتيريا المكورات العنقودية الذهبية. (ب) حبار هاواي بوبتيل. (الائتمان أ: تعديلات العمل بواسطة CDC / جانيس كار الائتمان ب: تعديلات العمل بواسطة Cliff1066 / Flickr)

ما الميزة التي قد يضفيها إنتاج الأغشية الحيوية على بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية داخل القسطرة؟

أدى البحث في تفاصيل استشعار النصاب إلى حدوث تطورات في نمو البكتيريا للأغراض الصناعية. تشير الاكتشافات الحديثة إلى أنه قد يكون من الممكن استغلال مسارات الإشارات البكتيرية للسيطرة على نمو البكتيريا ، ويمكن لهذه العملية أن تحل محل أو تكمل المضادات الحيوية التي لم تعد فعالة في مواقف معينة.

شاهد عالمة الوراثة بوني باسلر تناقش اكتشافها لاستشعار النصاب في بكتيريا الأغشية الحيوية في الحبار.

شاهد هذه المجموعة من مقاطع المقابلات مع باحثي الأغشية الحيوية في "ما هي الأغشية الحيوية البكتيرية؟"

أسئلة الممارسة

يتم تشغيل استشعار النصاب ليبدأ عند ___________.

  1. يحدث العلاج بالمضادات الحيوية
  2. تفرز البكتيريا هرمونات النمو
  3. يتم تشغيل تعبير البروتين البكتيري
  4. يوجد عدد كافٍ من البكتيريا

لماذا يعد إرسال الإشارات في الكائنات متعددة الخلايا أكثر تعقيدًا من إرسال الإشارات في الكائنات وحيدة الخلية؟


ملخص القسم

تمتلك الخمائر والكائنات متعددة الخلايا آليات إشارات متشابهة. تستخدم الخمائر مستقبلات سطح الخلية وشلالات الإشارات لتوصيل المعلومات حول التزاوج مع خلايا الخميرة الأخرى. يسمى جزيء الإشارة الذي تفرزه الخمائر عامل التزاوج.

تسمى الإشارات البكتيرية باستشعار النصاب. تفرز البكتيريا جزيئات إشارات تسمى المحرضات الذاتية التي تكون إما جزيئات صغيرة كارهة للماء أو إشارات مبنية على الببتيد. المحرضات الذاتية الكارهة للماء ، مثل AHL ، تربط عوامل النسخ وتؤثر بشكل مباشر على التعبير الجيني. ترتبط الجزيئات القائمة على الببتيد الكينازات وتبدأ شلالات الإشارات في الخلايا.


محتويات

تم انتقاد مصطلح "PAMP" على أساس أن معظم الميكروبات ، وليس فقط مسببات الأمراض ، تعبر عن الجزيئات التي اكتشفت مصطلح النمط الجزيئي المرتبط بالميكروبات (MAMP) ، [7] [8] [9] لذلك تم اقتراحه. تم اقتراح إشارة ضراوة قادرة على الارتباط بمستقبلات مسببة للأمراض ، بالاقتران مع MAMP ، كطريقة واحدة لتكوين PAMP (خاص بمسببات الأمراض). [10] غالبًا ما يتعامل علم المناعة النباتية مع المصطلحين "PAMP" و "MAMP" بالتبادل ، مع الأخذ في الاعتبار أن التعرف عليهما هو الخطوة الأولى في مناعة النبات ، PTI (المناعة التي يسببها PAMP) ، وهي استجابة مناعية ضعيفة نسبيًا تحدث عندما يفعل النبات المضيف لا يتعرف أيضًا على العوامل المسببة للأمراض التي تلحق الضرر به أو تعدل استجابته المناعية. [11]

في المتفطرات تحرير

البكتيريا الفطرية هي بكتيريا داخل الخلايا تعيش في الضامة المضيفة. يتكون الجدار الفطري من الدهون والسكريات ويحتوي أيضًا على كميات عالية من حمض الميكوليك. تنشط مكونات جدار الخلية المنقى من الفطريات بشكل أساسي TLR2 وكذلك TLR4. Lipomannan و lipoarabinomannan هي مواد شحمية مناعية قوية. [12] TLR2 مع ارتباط TLR1 يمكن أن يتعرف على مستضدات البروتين الدهني لجدار الخلية من السل الفطري، والتي تحفز أيضًا إنتاج السيتوكينات بواسطة الضامة. [13] يمكن تنشيط TLR9 بواسطة الحمض النووي للمادة الفطرية.


الاتصال الخلوي في الخمائرمن المحتمل أن يكون الشكل الخلوي الأول للحياة على كوكبنا يتكون من كائنات بدائية النواة وحيدة الخلية كان لها تفاعل محدود مع بعضها البعض. بينما تحدث بعض الإشارات الخارجية بين أنواع مختلفة من الكائنات وحيدة الخلية ، فإن غالبية الإشارات داخل البكتيريا والخمائر تتعلق فقط بأعضاء آخرين من نفس النوع. يعد تطور الاتصال الخلوي ضرورة مطلقة لتطور الكائنات متعددة الخلايا ، ويُعتقد أن هذا الابتكار تطلب ما يقرب من ملياري سنة للظهور في أشكال الحياة المبكرة.

الخمائر هي حقيقيات النوى وحيدة الخلية ، وبالتالي ، لها نواة وعضيات مميزة لأشكال الحياة الأكثر تعقيدًا. توضح مقارنات جينومات الخمائر والديدان الخيطية وذباب الفاكهة والبشر تطور أنظمة الإشارات المعقدة بشكل متزايد والتي تسمح بالعمل الداخلي الفعال الذي يحافظ على أداء البشر وأشكال الحياة المعقدة الأخرى بشكل صحيح.

كينازات هي عنصر رئيسي في الاتصال الخلوي ، وتوضح دراسات هذه الإنزيمات الارتباط التطوري للأنواع المختلفة. تحتوي الخميرة على 130 نوعًا من كينازات. الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا مثل الديدان الخيطية وذباب الفاكهة لديها 454 و 239 كيناز على التوالي. من بين 130 نوعًا من الكيناز في الخميرة ، ينتمي 97 نوعًا إلى 55 عائلة فرعية من الكينازات الموجودة في الكائنات حقيقية النواة الأخرى. النقص الواضح الوحيد في الخمائر هو الغياب التام لكينازات التيروزين. من المفترض أن الفسفرة لبقايا التيروزين ضرورية للتحكم في الوظائف الأكثر تعقيدًا للتطور والتمايز والاتصال الخلوي المستخدم في الكائنات متعددة الخلايا.

نظرًا لأن الخمائر تحتوي على العديد من نفس فئات بروتينات الإشارة مثل البشر ، فإن هذه الكائنات الحية مثالية لدراسة تسلسلات الإشارات. تتكاثر الخمائر بسرعة وهي كائنات أبسط بكثير من البشر أو الحيوانات الأخرى متعددة الخلايا. لذلك ، فإن شلالات الإشارات هي أيضًا أبسط وأسهل في الدراسة ، على الرغم من أنها تحتوي على نظائر مماثلة للإشارات البشرية.G. Manning ، GD Plowman ، T. Hunter ، S. Sudarsanam ، "Evolution of Protein Kinase Signaling from Yeast to Man ،" الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية 27 ، لا. 10 (2002): 514-520.


مطلوب طريقة Palmitoylation لـ NOD1 و NOD2 للاستشعار البكتيري

مجال قليل القلة النوكليوتيدية (NOD) مثل المستقبلات 1 و 2 (NOD1 / 2) عبارة عن بروتينات للتعرف على الأنماط داخل الخلايا تنشط مسارات الإشارات المناعية استجابةً للببتيدوغليكان المرتبط بالكائنات الحية الدقيقة. مطلوب تجنيد الإندوسومات المحتوية على البكتيريا والأغشية داخل الخلايا الأخرى لإشارات NOD1 / 2 ، وترتبط طفرات NOD1 / 2 التي تعطل توطين الغشاء بمرض التهاب الأمعاء وحالات التهابية أخرى. ومع ذلك ، لا يُعرف الكثير عن عملية التوظيف هذه. لقد وجدنا أن NOD1 / 2 S-palmitoylation مطلوب لتوظيف الغشاء والإشارات المناعية. تم تحديد ZDHHC5 على أنه ناقل بالميتويل المسؤول عن هذا التعديل الحرج لما بعد الترجمة ، ووجد أن العديد من الطفرات المرتبطة بالأمراض في NOD2 مرتبطة بخلل S-palmitoylation. وبالتالي ، فإن S-palmitoylation بوساطة ZDHHC5 لـ NOD1 / 2 أمر بالغ الأهمية لقدرتها على الاستجابة للببتيدوغليكان وتكوين استجابة مناعية فعالة.


9.4 الإشارات في الكائنات وحيدة الخلية

في هذا القسم سوف تستكشف الأسئلة التالية:

  • كيف تستخدم الخمائر وحيدة الخلية إشارات الخلية للتواصل مع بعضها البعض؟
  • كيف يسمح استشعار النصاب لبعض البكتيريا بتكوين أغشية حيوية؟

اتصال لدورات AP ®

تسمح إشارات الخلية للبكتيريا بالاستجابة للإشارات البيئية ، مثل مستويات المغذيات واستشعار النصاب (كثافة الخلية). الخمائر هي حقيقيات النوى (الفطريات) ، والمكونات والعمليات الموجودة في إشارات الخميرة مماثلة لتلك الخاصة بإشارات مستقبلات سطح الخلية في الكائنات متعددة الخلايا. على سبيل المثال ، غالبًا ما تطلق الخمائر الناشئة عوامل التزاوج التي تمكنها من المشاركة في عملية مشابهة للتكاثر الجنسي.

المعلومات المقدمة والأمثلة الموضحة في القسم تدعم المفاهيم وأهداف التعلم الموضحة في الفكرة الكبيرة 3 من إطار منهج علم الأحياء AP ®. توفر أهداف التعلم المدرجة في إطار المناهج الدراسية أساسًا شفافًا لدورة AP ® Biology ، وتجربة معملية قائمة على الاستفسار ، وأنشطة تعليمية ، وأسئلة اختبار AP ®. يدمج هدف التعلم المحتوى المطلوب مع واحد أو أكثر من الممارسات العلمية السبعة.

فكرة كبيرة 3 تقوم الأنظمة الحية بتخزين المعلومات الأساسية لعمليات الحياة واستردادها ونقلها والاستجابة لها.
التفاهم الدائم 3. د تتواصل الخلايا عن طريق توليد ونقل واستقبال إشارات كيميائية.
المعرفة الأساسية 3-د -1 تشترك عمليات الاتصال الخلوي في سمات مشتركة تعكس التاريخ التطوري المشترك.
ممارسة العلوم 1.5 يمكن للطالب إعادة التعبير عن العناصر الأساسية للظواهر الطبيعية عبر تمثيلات متعددة في المجال.
هدف التعلم 3.36 يستطيع الطالب وصف نموذج يعبر عن العناصر الأساسية لمسارات تحويل الإشارة التي يتم من خلالها تحويل الإشارة إلى استجابة خلوية.
المعرفة الأساسية 3-د -1 تشترك عمليات الاتصال الخلوي في سمات مشتركة تعكس التاريخ التطوري المشترك.
ممارسة العلوم 6.1 يمكن للطالب تبرير الادعاءات بالأدلة.
هدف التعلم 3.37 الطالب قادر على تبرير الادعاءات بناءً على الأدلة العلمية على أن التغييرات في مسارات نقل الإشارة يمكن أن تغير الاستجابة الخلوية.

دعم المعلم

كان من المفترض أن الكائنات أحادية الخلية تتواصل على مستوى بدائي للغاية ، لكن البحث الحالي يكشف عن وجود أنظمة إشارات أكثر تعقيدًا. ومن أمثلة أشكال الاتصال هذه ، تكوين الأغشية الحيوية واستشعار النصاب. لم تحظ الأغشية الحيوية باهتمام الباحثين إلا مؤخرًا لعدة أسباب تاريخية وتقنية. منذ تأسيس نظرية الجراثيم للمرض ، كان الاهتمام هو عزل وتوصيف مسببات الأمراض ، وليس دراسة الكائنات الحية الدقيقة كمجتمع.

من الأسهل بكثير زراعة البكتيريا كمزارع نقية بدلاً من تكرار الأغشية الحيوية المختلطة ، مما يجعل الدراسة الأخيرة صعبة في بيئة المختبر. تم العثور على طبقات الوحل هذه ، التي كانت تُعتبر سابقًا تجمعات عشوائية من الكائنات الحية الدقيقة ، على أنها أنظمة بيئية عالية التنظيم. تتكون طبقة الوحل من بوليمرات خارج الخلية تتقاطع مع قنوات للغازات والمغذيات وتبادل النفايات. تلتصق الميكروبات بالركيزة الصلبة في سلسلة متعاقبة من السكان.

يوجد استشعار النصاب داخل نفس النوع وعبر الأنواع. يسمح للميكروبات بالتصرف كمجموعات متعددة الخلايا وتنسيق الاستجابات. أحد الأمثلة على ذلك هو التعبير عن الجينات التي تشفر السموم في المكورات العنقودية الذهبية. تقدم الدكتورة بوني باسلر اتصالات استشعار النصاب في فيبريو هارفي في هذا Ted Talk. حماستها وتفسيراتها الواضحة تجعل هذا الفيديو تجربة جذابة تمامًا. هذه فرصة لإظهار نموذج قوي للإناث في العلوم.

يتوفر أيضًا مقطع الفيديو هذا: جزيئات استشعار النصاب قدمته الدكتورة بوني باسلر:

والرسوم المتحركة على استشعار النصاب في فيبريو هارفي يمكن العثور عليها هنا.

اقرأ أيضًا: Painter، Kimberley L. et al. (2014). ما هو الدور الذي يلعبه نظام منظم الجينات الملحق باستشعار النصاب المكورات العنقودية الذهبية تجرثم الدم؟ الاتجاهات في علم الأحياء الدقيقة 22: 676-685

تحتوي أسئلة تحدي ممارسة العلوم على أسئلة اختبار إضافية لهذا القسم والتي ستساعدك على التحضير لامتحان AP. تتناول هذه الأسئلة المعايير التالية:
[APLO 3.31] [APLO 3.37]

تسمح الإشارات داخل الخلية للبكتيريا بالاستجابة للإشارات البيئية ، مثل مستويات المغذيات. تطلق بعض الكائنات وحيدة الخلية أيضًا جزيئات للإشارة إلى بعضها البعض.

التأشير في الخميرة

الخمائر هي حقيقيات النوى (الفطريات) ، والمكونات والعمليات الموجودة في إشارات الخميرة مماثلة لتلك الخاصة بإشارات مستقبلات سطح الخلية في الكائنات متعددة الخلايا. الخمائر الناشئة (الشكل 9.16) قادرة على المشاركة في عملية مشابهة للتكاثر الجنسي والتي تنطوي على خليتين فرديتين (خلايا تحتوي على نصف العدد الطبيعي من الكروموسومات) تتحد لتشكل خلية ثنائية الصبغيات (خلية بها مجموعتان من كل منهما الكروموسوم ، وهو ما تحتويه خلايا الجسم الطبيعية). من أجل العثور على خلية خميرة أحادية العدد تكون مستعدة للتزاوج ، تفرز الخمائر الناشئة جزيء إشارة يسمى عامل التزاوج. عندما يرتبط عامل التزاوج بمستقبلات سطح الخلية في خلايا الخميرة الأخرى القريبة ، فإنها توقف دورات نموها الطبيعية وتبدأ سلسلة إشارات الخلية التي تتضمن كينازات البروتين وبروتينات ربط GTP التي تشبه بروتينات G.

الإشارات في البكتيريا

تمكّن الإشارات في البكتيريا البكتيريا من مراقبة الظروف خارج الخلية ، والتأكد من وجود كميات كافية من العناصر الغذائية ، والتأكد من تجنب المواقف الخطرة. ومع ذلك ، هناك ظروف عندما تتواصل البكتيريا مع بعضها البعض.

لوحظ أول دليل على التواصل البكتيري في بكتيريا لها علاقة تكافلية مع حبار هاواي بوبتيل. عندما تصل الكثافة السكانية للبكتيريا إلى مستوى معين ، يبدأ التعبير الجيني المحدد ، وتنتج البكتيريا بروتينات ضيائية حيوية تنبعث منها الضوء. نظرًا لأن عدد الخلايا الموجودة في البيئة (كثافة الخلية) هو العامل المحدد للإشارة ، فقد تم تسمية الإشارات البكتيرية باسم استشعار النصاب. في السياسة والأعمال ، النصاب القانوني هو الحد الأدنى لعدد الأعضاء المطلوب حضورهم للتصويت على قضية ما.

يستخدم استشعار النصاب المحرضات الذاتية كجزيئات إشارات. المحرضات الذاتية هي جزيئات تفرزها البكتيريا للتواصل مع بكتيريا أخرى من نفس النوع. يمكن أن تكون المحرضات الذاتية المفرزة عبارة عن جزيئات صغيرة كارهة للماء مثل أسيل-هوموسيرين لاكتون (AHL) أو جزيئات أكبر قائمة على الببتيد ، ولكل نوع من الجزيئات طريقة عمل مختلفة. عندما يدخل AHL البكتيريا المستهدفة ، فإنه يرتبط بعوامل النسخ ، والتي تقوم بعد ذلك بتشغيل أو إيقاف التعبير الجيني (الشكل 9.17). تحفز المحرضات الذاتية الببتيدية مسارات إشارات أكثر تعقيدًا تشمل كينازات بكتيرية. يمكن أن تكون التغييرات في البكتيريا بعد التعرض للمحفزات الذاتية واسعة النطاق. البكتيريا المسببة للأمراض الزائفة الزنجارية لديها 616 جينًا مختلفًا تستجيب للمحرضات الذاتية.

اتصال مرئي

  1. يجب أن ترتبط المحرضات الذاتية بالمستقبلات لتشغيل نسخ الجينات المسؤولة عن إنتاج المزيد من المحرضات الذاتية.
  2. يمكن للمحفزات التلقائية العمل فقط في خلية مختلفة. لا يمكن أن تعمل على الخلية التي صنعت فيها.
  3. تعمل المحرضات الذاتية على تشغيل الجينات التي تمكن البكتيريا من تكوين غشاء حيوي.
  4. يبقى المستقبل في الخلية البكتيرية ، لكن المحرضات الذاتية تنتشر.

تشكل بعض أنواع البكتيريا التي تستخدم استشعار النصاب أغشية حيوية ، وهي مستعمرات معقدة من البكتيريا (تحتوي غالبًا على عدة أنواع) تتبادل الإشارات الكيميائية لتنسيق إطلاق السموم التي ستهاجم المضيف. يمكن أحيانًا العثور على الأغشية الحيوية البكتيرية (الشكل 9.18) على المعدات الطبية عندما تغزو الأغشية الحيوية الغرسات مثل بدائل الورك أو الركبة أو أجهزة تنظيم ضربات القلب ، ويمكن أن تسبب التهابات تهدد الحياة.

لقد تطورت قدرة بعض البكتيريا على تكوين الأغشية الحيوية بسبب مجموعة من الجينات التي تتيح التواصل بين الخلايا الخلوية والتي تمنح ميزة تطورية. عندما تشكل المستعمرات البكتيرية أغشية حيوية ، فإنها تخلق حواجز تمنع السموم والأدوية المضادة للبكتيريا من التأثير على السكان الذين يعيشون في الأغشية الحيوية. نتيجة لذلك ، من المرجح أن يبقى هؤلاء السكان على قيد الحياة ، حتى في وجود العوامل المضادة للبكتيريا. هذا يعني غالبًا أن البكتيريا التي تعيش في الأغشية الحيوية تتمتع بلياقة أعلى من البكتيريا التي تعيش بمفردها.

اتصال ممارسة العلوم لدورات AP®

فكر في الأمر

لماذا يعد إرسال الإشارات في الكائنات متعددة الخلايا أكثر تعقيدًا من إرسال الإشارات في الكائنات وحيدة الخلية مثل الميكروبات؟

دعم المعلم

هذا السؤال هو تطبيق LO 3.36 و Science Practice 1.5 لأن الطلاب يصفون ويقارنون نماذج مسارات الإشارات في أنواع مختلفة من الكائنات الحية.

اتصال يومي

  1. يوفر الحبار بعض العناصر الغذائية التي تسمح للبكتيريا بالتألق.
  2. ينتج الحبار إنزيم لوسيفيراز المضيء ، لذلك لا تتألق البكتيريا التي تعيش خارج الحبار.
  3. إن القدرة على الإنارة لا تفيد البكتيريا التي تعيش بحرية ، لذا فإن البكتيريا التي تعيش بحرية لا تنتج اللوسيفيراز.
  4. لوسيفيراز سام للبكتيريا التي تعيش بحرية ، لذلك لا تنتج البكتيريا التي تعيش بحرية هذا الإنزيم.

أدى البحث في تفاصيل استشعار النصاب إلى حدوث تطورات في نمو البكتيريا للأغراض الصناعية. تشير الاكتشافات الحديثة إلى أنه قد يكون من الممكن استغلال مسارات الإشارات البكتيرية للسيطرة على نمو البكتيريا ، ويمكن لهذه العملية أن تحل محل أو تكمل المضادات الحيوية التي لم تعد فعالة في مواقف معينة.

ارتباط بالتعلم

شاهد عالمة الوراثة بوني باسلر تناقش اكتشافها لاستشعار النصاب في بكتيريا الأغشية الحيوية في الحبار.

  1. تتفاعل البكتيريا عن طريق الإشارات الجسدية بين المستعمرات.
  2. تتفاعل البكتيريا عن طريق الإشارات الكيميائية عندما تكون بمفردها.
  3. تتفاعل البكتيريا عن طريق الإشارات الفيزيائية عندما تكون بمفردها.
  4. تتفاعل البكتيريا عن طريق الإشارات الكيميائية بين المستعمرات.

اتصال التطور

تألفت الحياة الأولى على كوكبنا من كائنات بدائية النواة وحيدة الخلية كان لها تفاعل محدود مع بعضها البعض. بينما تحدث بعض الإشارات الخارجية بين أنواع مختلفة من الكائنات وحيدة الخلية ، فإن غالبية الإشارات داخل البكتيريا والخمائر تتعلق فقط بأعضاء آخرين من نفس النوع. يعد تطور الاتصال الخلوي ضرورة مطلقة لتطوير الكائنات متعددة الخلايا ، ويُعتقد أن هذا الابتكار تطلب ما يقرب من 2.5 مليار سنة للظهور في أشكال الحياة المبكرة.

الخمائر هي حقيقيات النوى وحيدة الخلية ، وبالتالي لها نواة وعضيات مميزة لأشكال الحياة الأكثر تعقيدًا. توضح مقارنات جينومات الخمائر والديدان الخيطية وذباب الفاكهة والبشر تطور أنظمة الإشارات المعقدة بشكل متزايد والتي تسمح بالعمل الداخلي الفعال الذي يحافظ على أداء البشر وأشكال الحياة المعقدة الأخرى بشكل صحيح.

كينازات هي عنصر رئيسي في الاتصال الخلوي ، وتوضح دراسات هذه الإنزيمات الارتباط التطوري للأنواع المختلفة. تحتوي الخميرة على 130 نوعًا من كينازات. الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا مثل الديدان الخيطية وذباب الفاكهة لديها 454 و 239 كيناز على التوالي. من بين 130 نوعًا من الكيناز في الخميرة ، ينتمي 97 نوعًا إلى 55 عائلة فرعية من الكينازات الموجودة في الكائنات حقيقية النواة الأخرى. النقص الواضح الوحيد في الخمائر هو الغياب التام لكينازات التيروزين. من المفترض أن الفسفرة لبقايا التيروزين ضرورية للتحكم في الوظائف الأكثر تعقيدًا للتطور والتمايز والاتصال الخلوي المستخدم في الكائنات متعددة الخلايا.

نظرًا لأن الخمائر تحتوي على العديد من نفس فئات بروتينات الإشارة مثل البشر ، فإن هذه الكائنات الحية مثالية لدراسة تسلسلات الإشارات. تتكاثر الخمائر بسرعة وهي كائنات أبسط بكثير من البشر أو الحيوانات الأخرى متعددة الخلايا. لذلك ، فإن شلالات الإشارات هي أيضًا أبسط وأسهل في الدراسة ، على الرغم من أنها تحتوي على نظائر مماثلة للإشارات البشرية. 2

  1. تطورت كينازات التيروزين قبل أن تتباعد الخميرة عن حقيقيات النوى الأخرى ، لكن الفصائل الخمسة والخمسين الأخرى من كينازات تطورت بعد تباعد الخميرة.
  2. تطورت خمسة وخمسون فصيلة فرعية من الكينازات قبل أن تبتعد الخميرة عن حقيقيات النوى الأخرى ، لكن كينازات التيروزين تطورت بعد تباعد الخميرة.
  3. تطورت جميع الكينازات في الخميرة ، لكن الخميرة فقدت لاحقًا كينازات التيروزين لأنها لا تحتاج إليها.
  4. حدث تطور كينازات التيروزين المشاركة في الاتصالات الخلوية منذ حوالي 2.5 مليار سنة.

ارتباط بالتعلم

شاهد هذه المجموعة من مقاطع المقابلات مع باحثي الأغشية الحيوية في "ما هي الأغشية الحيوية البكتيرية؟"

  1. غالبًا ما تشكل البكتيريا أغشية حيوية في حالات العدوى المتكررة وقد تكون أكثر مقاومة للمضادات الحيوية.
  2. نادرًا ما تشكل البكتيريا أغشية حيوية في حالات العدوى المتكررة ، مما يجعلها أكثر مقاومة للمضادات الحيوية مما لو لم تكن موجودة في الأغشية الحيوية.
  3. تنتج البكتيريا أغشية حيوية تتصرف مثل كائن وحيد الخلية.
  4. لا تنتج البكتيريا الأغشية الحيوية في حالات العدوى المتكررة ولكنها تصبح مقاومة بسبب التعرض المتكرر للمضادات الحيوية.

الحواشي

    G. Manning ، GD Plowman ، T. Hunter ، S. Sudarsanam ، "Evolution of Protein Kinase Signaling from Yeast to Man ،" الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية 27 ، لا. 10 (2002): 514-520.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: Julianne Zedalis، John Eggebrecht
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Biology for AP® Courses
    • تاريخ النشر: 8 مارس 2018
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/9-4-signaling-in-single-celled-organisms

    © 12 كانون الثاني (يناير) 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    خيارات الوصول

    احصل على الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

    جميع الأسعار أسعار صافي.
    سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
    سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

    احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

    جميع الأسعار أسعار صافي.


    معلومات الكاتب

    ساهم هؤلاء المؤلفون بالتساوي: Tianmin Wang، Xiang Zheng.

    الانتماءات

    المختبر الرئيسي للتحفيز الحيوي الصناعي ، وزارة التعليم ، معهد الهندسة الكيميائية الحيوية ، قسم الهندسة الكيميائية ، جامعة تسينغهوا ، بكين ، الصين

    تيانمين وانغ ، شيانغ تشنغ ، هاونان جي ، شين هوي شينغ ، أمبير تشونغ تشانغ

    تسينغهوا - مركز بكين لعلوم الحياة ، كلية الطب ، جامعة تسينغهوا ، بكين ، الصين

    كلية الطب ، جامعة تسينغهوا ، بكين ، الصين

    مركز البيولوجيا التركيبية والأنظمة ، جامعة تسينغهوا ، بكين ، الصين

    يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

    يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

    يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

    يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

    يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

    يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

    مساهمات

    T.W. تصور المشروع وساهم في جميع التحليلات الحسابية وتجارب التحقق من الصحة وتحليل البيانات وتصميم النموذج وإعداد المخطوطة. X.Z. تصور المشروع ، وأجرى FACS- seq ، وتجارب التحقق من الصحة وتحليل البيانات ، وساعد في كتابة المخطوطة. ساعد H.J. في إجراء تجارب التحقق من الصحة. T.L.W. ساعد في تحليل بنية الببتيد الوليدة TnaC. سي. صمم المشروع وأشرف عليه ، وقام بتحرير المخطوطة. X.-H.X. أشرف على المشروع.

    المؤلفون المراسلون


    الإشارات في البكتيريا

    تسمح الإشارات البكتيرية للبكتيريا بمراقبة الظروف الخلوية والتواصل مع بعضها البعض.

    أهداف التعلم

    وصف كيفية حدوث إشارات الخلية في الكائنات وحيدة الخلية مثل البكتيريا

    الماخذ الرئيسية

    النقاط الرئيسية

    • يبدأ التعبير الجيني في البكتيريا عندما تصل الكثافة السكانية للبكتيريا إلى مستوى معين.
    • تسمى الإشارات البكتيرية استشعار النصاب لأن كثافة الخلية هي العامل المحدد للإشارة.
    • يستخدم استشعار النصاب المحرضات الذاتية ، التي تفرزها البكتيريا للتواصل مع البكتيريا الأخرى من نفس النوع ، مثل جزيئات الإشارة.
    • قد تكون المحرضات الذاتية جزيئات صغيرة كارهة للماء ، أو يمكن أن تكون جزيئات أكبر قائمة على الببتيد بغض النظر ، كل نوع من الجزيئات له طريقة عمل مختلفة.
    • تشكل بعض البكتيريا أغشية حيوية ، وهي عبارة عن مستعمرات معقدة من البكتيريا تتبادل الإشارات الكيميائية لتنسيق إطلاق السموم التي تهاجم المضيف.

    الشروط الاساسية

    • إدراك النصاب: طريقة للتواصل بين الخلايا البكتيرية عن طريق إطلاق واستشعار جزيئات الإشارة الصغيرة القابلة للانتشار
    • المحرض الذاتي: أي من المركبات العديدة التي تصنعها البكتيريا والتي لها وظائف تأشير في استشعار النصاب
    • بيوفيلم: طبقة رقيقة من المخاط تم إنشاؤها وتحتوي على مستعمرة من البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى

    الإشارات في البكتيريا

    تُمكِّن الإشارات في البكتيريا ، المعروفة باسم استشعار النصاب ، البكتيريا من مراقبة الظروف خارج الخلية ، والتأكد من وجود كميات كافية من العناصر الغذائية ، وتجنب المواقف الخطرة. ومع ذلك ، هناك ظروف عندما تتواصل البكتيريا مع بعضها البعض.

    لوحظ أول دليل على التواصل البكتيري في بكتيريا لها علاقة تكافلية مع حبار هاواي بوبتيل. عندما وصلت الكثافة السكانية للبكتيريا إلى مستوى معين ، بدأ التعبير الجيني المحدد: أنتجت البكتيريا بروتينات ضيائية حيوية تنبعث منها الضوء. نظرًا لأن عدد الخلايا الموجودة في البيئة (كثافة الخلية) هو العامل المحدد للإشارة ، فقد تم تسمية الإشارات البكتيرية باسم استشعار النصاب. ومن المثير للاهتمام ، في السياسة والأعمال ، أن النصاب القانوني هو الحد الأدنى لعدد الأعضاء المطلوب حضورهم للتصويت على قضية ما.

    يستخدم استشعار النصاب المحرضات الذاتية كجزيئات إشارات. المحرضات الذاتية هي جزيئات تفرزها البكتيريا للتواصل مع بكتيريا أخرى من نفس النوع. يمكن أن تكون المحرضات الذاتية المفرزة عبارة عن جزيئات صغيرة كارهة للماء ، مثل أسيل هوموسيرين لاكتون (AHL) ، أو جزيئات أكبر قائمة على الببتيد. لكل نوع من الجزيئات طريقة عمل مختلفة. عندما يدخل AHL البكتيريا المستهدفة ، فإنه يرتبط بعوامل النسخ ، والتي تقوم بعد ذلك بتشغيل أو إيقاف التعبير الجيني. تحفز المحرضات الذاتية الببتيدية مسارات إشارات أكثر تعقيدًا تشمل كينازات بكتيرية. يمكن أن تكون التغييرات في البكتيريا بعد التعرض للمحفزات الذاتية واسعة النطاق. البكتيريا المسببة للأمراض الزائفة الزنجارية لديها 616 جينًا مختلفًا تستجيب للمحرضات الذاتية.

    المحرضات الآلية: المحرضات الذاتية هي جزيئات صغيرة أو بروتينات تنتجها البكتيريا التي تنظم التعبير الجيني.

    تشكل بعض أنواع البكتيريا التي تستخدم استشعار النصاب أغشية حيوية ، وهي مستعمرات معقدة من البكتيريا (غالبًا ما تحتوي على عدة أنواع) تتبادل الإشارات الكيميائية لتنسيق إطلاق السموم التي تهاجم المضيف. يمكن أحيانًا العثور على الأغشية الحيوية البكتيرية على المعدات الطبية. عندما تغزو الأغشية الحيوية الغرسات ، مثل بدائل الورك أو الركبة أو أجهزة تنظيم ضربات القلب ، فإنها يمكن أن تسبب التهابات تهدد الحياة.

    الأغشية الحيوية البكتيرية: اتصال الخلايا الخلوية يمكّن هذه البكتيريا العنقودية الذهبية من العمل معًا لتشكيل غشاء حيوي داخل قثطار المريض بالمستشفى # 8217s ، ويُرى هنا عبر الفحص المجهري الإلكتروني. المكورات العنقودية الذهبية هي السبب الرئيسي للعدوى المكتسبة من المستشفيات. (ب) لدى حبار هاواي ذيل الحصان علاقة تكافلية مع بكتيريا الضيائية الحيوية Vibrio fischeri. يجعل اللمعان من الصعب رؤية الحبار من الأسفل لأنه يزيل ظله بشكل فعال. في مقابل التمويه ، يوفر الحبار الغذاء للبكتيريا. لا ينتج V. fischeri الذي يعيش بحرية ، luciferase ، وهو الإنزيم المسؤول عن التلألؤ ، لكن V. fischeri تعيش في علاقة تكافلية مع الحبار. يحدد استشعار النصاب ما إذا كان يجب على البكتيريا إنتاج إنزيم لوسيفيراز.


    شاهد الفيديو: الكترونيك dc bais transistor (كانون الثاني 2023).