🗊Презентация Биохимические механизмы регуляции численности. (Лекция 3)

Биохимические механизмы регуляции численности. Quorum sensing и не только… Лекция 3

Для благополучия вида нужна оптимальная плотность особей и их согласованное поведение

У КАЖДОЙ СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ ОРГАНИЗМОВ – СВОИ ХИМИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ регуляции плотности популяции. Иногда их может быть несколько разных, иногда это единственное соединение. У КАЖДОЙ СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ ОРГАНИЗМОВ – СВОИ ХИМИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ регуляции плотности популяции. Иногда их может быть несколько разных, иногда это единственное соединение.

Определения Кворум сенсинг, чувство или ощущение кворума – “наполненности” особями (термин предложен в 1994г) - восприятие бактериями изменений среды, которые наступают при достижении бактериальной культурой некоторой пороговой численности, и реакция на эти изменения. Цель «кворум-сенсинга» - стимулирование определённого группового поведения только в том случае, когда достигается необходимая плотность особей в популяции. В зависимости от плотности, бактерии экспрессируют разные фенотипы. Википедия: “способность некоторых бактерий (возможно, и других микроорганизмов) общаться и координировать своё поведение за счёт секреции молекулярных сигналов”. Кворум сенсинг (QS) в современном понимании все чаще охватывает как бактерий, так и другие организмы. Термин применяется даже для культур клеток.

ПРИМЕРЫ QS: количество – в новое качество Пример 1: Vibrio fischeri (Aliivibrio fischeri) – морская фотосинтезирующая бактерия. Только достаточное количество бактерий (около 1011 клеток/мл) могут создать светящуюся приманку – светящийся орган кальмара. В меньшем количестве светиться – бессмысленный расход АТФ и жирных кислот.

QS гр”-” бактерий V. fischeri – симбиотическая гр”-” бактерия, колонизирующая световые органы некоторых костных рыб и моллюсков. Её молекула QS – N-3-(оксогексаноил)-L-гомосеринлактон - один из видов ацилгомосеринлактонов (AHL)

Синтез и расщепление AHL

У разных бактерий в AHL – разные боковые цепи

Свойства гр”-” бактерий, контролируемые через AHL

QS-опероны V. fischeri: lux ICDABEG и luxR luxI кодирует фермент LuxI - синтазу AHL luxA и luxB кодируют субъединицы люциферазы (фермента, обеспечивающего свечение). lux C,D, E кодируют ферментативный комплекс редуктазы жирных кислот (ЖК - один из окисляемых субстратов в ходе люциферазной реакции, приводящей к испусканию кванта света) lux G кодирует редуктазу ФМН (другого субстрата, окисляемого в люциферазной реакции).

Схема регуляции lux-оперона V. fischeri

Имитация AHL – средство защиты галогенированные фураноны – близкие аналоги AHL, образуемые красной водорослью р. Delysea, представляют собой эффективные антимикробные агенты

Гр”+”-бактерии: пептидные QS (АИП)

Проблема: АИП не могут свободно перемещаться через мембрану клетки Решение: специальные системы транспорта + трансдукция сигнала в клетку без попадания в нее АИП из внешней среды. Пример: Staphylococcus aureus Экспорт пептида из клетки – с помощью белка AgrB. 1) с гена AgrD синтезируется AgrD – “заготовка” для АИП (46 ак-т, у других видов 40-65 ак-т). 2) AgrD поступает к AgrB, с помощью которого выходит во внешнюю среду. В процессе экспорта AgrD “дозревает”: остается лишь 8 ак-т, у других 5-34 ак-ты. События процессинга AgrD – удаление фрагментов на N- и С-конце, ковалентная связь между С-концом и цистеином. Трансдукция сигнала: рецептор с ферментативной активностью гистидиновая протеинкиназа AgrC в мембране клетки активирует фосфорилированием внутриклеточный белок. На основании различий в АИП и его рецепторе штаммы S.aureus делят на группы. Олигопептиды, синтезируемые одной из групп, индуцируют патогенность в этой группе и специфически подавляют системы Agr-вирулентности в других группах.

Механизм действия системы QS у S. aureus

Кинофрагмент Кинофрагмент

QS-молекулы у грибов - обычно спирты (по Белозерской)

Диморфные грибы: спирты как переключатели

Спирты, но не только…

Оксилипины участвуют в кворум сенсинге?

Предполагаемая роль оксилипинов у грибов

Синтез QS-спиртов

Синтез QS-спиртов (продолжение): фарнезол синтезируется по пути синтеза эргостерола (дополнит мат-л)

Социобиология дрожжей? D. M. WLOCH-SALAMON Sociobiology of the budding yeast //J. Biosci. 38(4), November 2013, 1–12, Indian Academy of Sciences - http://www.ias.ac.in/jbiosci P. ALBUQUERQUE, A. CASADEVALL Quorum sensing in fungi – a review // Medical Mycology. 2012, 50, P. 337–345

QS-системы высших эукариот Растения - ?????? Животные – много систем регуляции.

Химический сигнал - …- поведение – регуляция плотности особей Пример: мышевидные грызуны (по: Шилова С.А, Шилов И.А., 1997)

Литература Смольская С.В., Песнякевич А.Г. МЕХАНИЗМЫ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ У ПРОКАРИОТ – в интернете Хохлов, А. С. НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ МИКРОБНЫЕ АУТОРЕГУЛЯТОРЫ. Москва : Наука, 1988. 269 с. Weber W, Fussenegger M. Design of synthetic mammalian quorum-sensing systems //Methods Mol Biol., 2011; V. 692. P. 235-249. Про сельдь - Nicholas C. Makris, Purnima Ratilal, Srinivasan Jagannathan, Zheng Gong, Mark Andrews, Ioannis Bertsatos, Olav Rune Godø, Redwood W. Nero, J. Michael Jech. Critical Population Density Triggers Rapid Formation of Vast Oceanic Fish Shoals // Science. 2009. V. 323. P. 1734–1737. Tao Long, Kimberly C. Tu, Yufang Wang, Pankaj Mehta, N. P. Ong, Bonnie L. Bassler, Ned S. Wingreen. Quantifying the Integration of Quorum-Sensing Signals with Single-Cell Resolution // PLoS Biology. 2009. V. 7(3). P. e1000068.

Приложение