Bakterier sosialmedier

Bakterier (Juli 2019).

Anonim

Kanskje når du tenker på bakterielle samfunn, tenker du på en kolbe full av raskt delende E. coli. Men i ikke-laboratoriebetingelser vokser bakterier i komplekse, heterogene samfunn som består av forskjellige mikroskopiske organismer. I disse fellesskapene trenger bakterier et middel til å kommunisere med sin familie, og de gjør dette gjennom et språk som kalles quorum sensing (QS), hvor feilene avbilder og oppdager faktorer som forteller om de er omgitt av slektninger (og hvis så, hvor mange er det).

Bakterier trenger denne informasjonen hvis de produserer "offentlig gode" metabolitter som gis samfunnet. Ikke bare er disse kostbare for den enkelte bakterien å produsere, men de krever samarbeid av mange bakterier for å generere nok til å være nyttige. QS kan derfor fortelle bakterier om det er verdt å produsere det offentlige gode. Som med menneskelige sosiale kontrakter, er ikke alle bakterier interessert i å samarbeide; Noen er juksmenn, som drar nytte av det offentlige, uten å bidra med seg selv. Selv om dette i en viss grad tolereres, kan for mange freeloaders i en befolkning føre til en «tragedie av commons», eller utmattelse av det offentlige gode. Dermed er det en delikat balanse mellom cheaters og samarbeidspartnere, med QS som spiller en viktig rolle.

Et aspekt av QS har lenge forvirret forskere; mange bakteriearter ser ut til å ha flere QS-veier som hver gjenkjenner en annen faktor med en bestemt reseptor, men alle disse veiene trekker gjennom det samme regulatorproteinet. Disse veiene virker derfor overflødige og ber om hvorfor de alle ville opprettholdes under utviklingen. I et nylig publisert papir i PLOS Biology, Eran Even-Tov, Shira Omer Bendori, Avigdor Eldar, og kolleger, brukte en kombinasjon av eksperimenter i to bakteriearter med flere QS-baner (Bacillus subtilis og Vibrio harveyi) og matematisk modellering for å undersøke dette spørsmål. Interessant, fant de at oppkjøpet av en ekstra QS-vei tillot bakteriene å bli en "fakultativ lurer." Dette betyr at belastningen med den ekstra banen, når den er i lav overflod, kan jukse når den vokser i konkurranse med belastningen som mangler den ekstra vei. Men når den ekstra banestrømmen var i høy overflod, gikk den tilbake til en kooperativ modus. På denne måten forhindret den ekstra QS-stien tragedien til commons.

Valget av å samarbeide eller ikke er avhengig av mer enn bare omliggende samfunnsammensetning, men. Et PLOS Computational Biology Paper demonstrerer at bakterien Pseudomonas aeruginosa integrerer informasjon om både populasjonsstørrelse og metabolske ressurser for å ta avgjørelsen om å sette energi inn i kostbare kooperative oppføringer. Oppsiktsvekkende fant de at begrensende karbonkilde, nitrogenkilde eller jern hver påvirket produksjonen av det offentlige gode, rhamnolipider, forskjellig, noe som indikerer en sofistikert vurdering av både QS og næringssignaler.

Produksjonen av offentlige varer er tradisjonelt tenkt å komme til en pris for den enkelte, men en fordel for samfunnet. Imidlertid viser et nylig PLOS ONE- papir at det kan være noen ekstra privat fordel for de cellene som samarbeider og produserer - på toppen av fellesskapets fordel. Ved å bygge en syntetisk QS-bane i Bacillus subtilis - en art som produserer en beskyttende ekstracellulær matrise som sin offentlige godhet - finner de at de samvirkende stammene bedre kan reagere på QS-signaler, og at matrisen ser ut til å konsentrere QS-molekylene rundt samvirkende celler, potensielt fremkallende en fordelaktig metabolsk respons. Kostnadene og fordelene ved samarbeidsregulering via QS vurderes også i en grense i mikrobiologipapir, hvor forfatterne utvikler en modell for å bestemme hvordan den optimale offentlige gode produksjonshastigheten avhenger av befolkningens størrelse.

Som nevnt ovenfor er bakterier en del av ulike, heterogene samfunn. Tradisjonelt er QS antatt å være viktig bare for interaksjoner innenfor en art, men et papir i PLOS-genetikk viser at QS-molekyler i en art kan påvirke veksten av en annen art. I dette papiret undersøker forfatterne et toartssystem og bestemmer mekanismene som ligger til grunn for antagonismen av P. aeruginosa mot E. coli. De viser at P. aeruginosa mutanter mangelfull i en nøkkel QS-vei var mindre effektive for å hemme veksten av E. coli, men fant også at E. coli kan utvikle motstand mot disse QS-molekylene.

Tatt i betraktning rollen som samarbeid er viktig for mer enn bare vår forståelse av generell mikrobiologi. Nylige bevis viser at samarbeid mellom patogene bakterier eksisterer, i motsetning til den langvarige uavhengige handlingshypotesen. Denne hypotesen sier at enkelte patogener virker uavhengig av hverandre for å øke sjansen for å etablere en vellykket infeksjon. I dette PLOS Pathogen-papiret gir forfatterne direkte bevis på at toksinene utsatt av patogenet Bacillus thuringiensis har en synergistisk effekt på dødeligheten. Ugyldigheten av den uavhengige handlingshypotesen er viktig for å utvikle forbedrede matematiske risikovurderingsmodeller av et patogen.

menu
menu