WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 ||

Бактерии Rhizobium сами по себе неспособны фиксиРис. 4. Образование и миграция двух бактериальровать атмосферный азот, но делают это совместно с ных полос E. coli K12 в положительной хемотаксичекорнями бобовых, заражая корни и вызывая образоваской реакции на растворенный в воде молекулярный кислород в концентрации 0,001 М (полоса 1) и ние корневых клубеньков. В сочетании друг с другом L-серин в концентрации 0,01 М (полоса 2). Сначала клетки бобовых и бактериальные клетки способны усваформируется первая полоса, мигрирующая вдоль ивать азот из атмосферы, и не последнюю роль в таком капилляра со скоростью V1, на ней – вторая, двигающаяся со скоростью V2. V1 > V2. Картинка зафиксиро- содружестве играет хемотаксис бактерий. Несмотря на вана через 1 ч после погружения капилляра с исслевсе различия естественных и лабораторных условий, в дуемым раствором в суспензию бактерий них много общего, а именно волновой характер (при отсутствии активного перемешивания) распространекроме положительной аттрактивной реакции на L-сения бактериальных популяций. В результате метаболизрин бактерии еще реагируют на растворенный в воде ма и хемотаксиса формируются приграничные зоны – кислород, который также является для них аттрактанхимические фронты, вдоль которых сосредоточиваются том. Таким образом, при реакции на два вещества куль“бактериальные подразделения”, которые ведут актура расслаивается на две части: одна порция клеток, в тивную борьбу за экзогенные источники энергии в покоторой реакция хемотаксиса происходит быстрее, отграничных областях. Если же добавить сюда внешние деляется от основной массы и “убегает” вперед, тогда пополнения источников субстрата и другие виды баккак другая порция следует за ней с меньшей скоростью.

терий, а также учесть рост и гибель клеток, картина хиКоличество, объем (определяемый числом бактерий в мической войны живого и неживого будет выглядеть полосе), форма и скорости движения бактериальных еще сложнее. Так и происходит в природе, где процессы полос определяются множественными факторами: конассимиляции и диссимиляции порождают бесконечцентрацией клеток и субстратов, скоростью утилизаную вереницу борьбы за жизнь, включая простейших.

ции субстратов, хемотаксическими характеристиками клеток популяции – они могут быть учтены в матемаПРИМЕНЕНИЕ ХЕМОТАКСИСА БАКТЕРИЙ тической модели образования и движения полос [3].

Экология микроорганизмов, мониторинг окружающей В рассматриваемом случае (см. рис. 4) бактериаль- среды, биосенсорика – вот далеко не полный перечень ная полоса 1 (большая по размерам) соответствует ре- дисциплин, где хемотаксис бактерий мог бы найти акции на градиент растворенного в воде кислорода (так применение. Дело в том, что хемотаксическая система называемый аэротаксис), тогда как меньшая по разме- бактерий очень чувствительна к малейшим измененирам и следующая за ней бактериальная полоса 2 дви- ям жизненно важных химических компонентов окружется точно по градиенту анаэробно утилизируемого жающей среды и порог хемосенсорной чувствительноклетками L-серина. Нетрудно понять, что скорость сти составляет миллионные и даже миллиардные доли движения бактериальных полос в данном случае опреде- молярной концентрации таких веществ. Недаром хеляется скоростью потребления кислорода и аминокис- мотаксическая система бактерий способствовала и лоты, то есть соотношением числа бактерий в полосе с способствует выживанию видов в ходе эволюции. Как ЗАВАЛЬСКИЙ Л.Ю. ХЕМОТАКСИС БАКТЕРИЙ клеток и аттрактантов Относительная концентрация БИОЛОГ ИЯ и любая другая жизненно важная функция, система хе- лирование сахаров фосфорилированным белком. Не мотаксиса бактерий не существует сама по себе, неза- исключена возможность, что и некоторые интегральвисимо от других функций организма. Установлена ные белки других систем могут каким-то образом изметесная связь системы хемотаксиса с дыхательной сис- нять уровень того или иного переключателя флагелл.

темой клетки, с процессами метилирования–демети- Влияние некоторых стимулов (таких, например, как концентрация внутриклеточного рН) на переключалирования трансмембранных белков (МСР-белков), с тель мотора может быть непосредственным, в обход осфосфотрансферазной системой ФТС (ответственной за энергетические процессы, связанные с переносом фос- новной системы. Многие звенья цепи управления хемотаксисом к настоящему времени изучены довольно фатной группы), с уровнем внутриклеточного pH, цикподробно вплоть до уровня пространственных струклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) (рис. 5).

тур и конформационных изменений участвующих в В пояснение к схеме следует подчеркнуть, что осней белков, другие только изучаются.

новные хеморецепторы – это интегральные трансмемИзвестно, что загрязнение окружающей среды бранные белки, выступающие с обеих сторон клеточполициклическими ароматическими углеводородами ной мембраны. Эти белки помимо хемосенсорной (ПАУ) в виде промышленных выбросов предприятий выполняют функцию переносчиков через мембрану химической и нефтехимической промышленности предопределенных химических соединений. При контакте ставляет собой серьезную угрозу здоровью населения и со стимулирующим веществом эти белки претерпевают природе. Оказывается, биодеградация ПАУ микроорконформационные изменения, приводящие к активаганизмами идет интенсивнее в ризосферной сфере расции следующих звеньев переработки хемотаксического тений, примыкающей к корню, чем непосредственно в сигнала. Многочисленными исследованиями было успочве. Сами же микроорганизмы скапливаются у кортановлено, что нормально функционирующие белки в ней растений благодаря хемотаксису. Знание законов ходе рецепции подвергаются процессу метилировахемотаксиса бактерий может помочь в решении важния–деметилирования, за что они и получили названых вопросов утилизации промышленных отходов.

ние метилакцептирующих (МСР на схеме). Другой важный рецептор к сахарам – так называемый фер- В заключение коротко остановимся на нарушементII глюкозофосфотрансферазной системы, прочно нии хемочувствительности под действием некоторых связанный с мембраной и катализирующий фосфори- химических веществ. Кроме упомянутых этанола и Регуляторы Флагеллярный Стимулы Рецепторы вращения мотор мотора Цитоплазматический pH Аминокислоты MCPI Серин (Tsr) chet°C белки Аспартат MCPII Мальтоза (Tar) Со2+, Ni2+ Галактоза fla-белки, MCPIII (Trg) Рибоза цГМФ mot-белки Гексозы Гексозамины ФТС Гекситолы Дисахариды ПДС, ОАТФ Мембранный Синий свет, t°C потенциал Доноры электронов Рис. 5. Схема основных путей управления и передачи информации в бактериальной клетке. Первые обнаруженные и изученные Адлером пути рецепции проходят через интегральные белки MCPI, II и III. Рецептором для некоторых сахаров выступает интегральный белок – фермент II фосфотрансферазной системы, обозначенный на схеме как ФТС-рецептор (кроме фермента II в таксисе принимают участие и некоторые другие белки ФТС); che-белки входят в состав мембранного комплекса бактериального мотора и отвечают за функцию хемотаксиса; цГМФ – внутриклеточный уровень циклического гуанозинмонофосфата, играющего важную роль в качестве центрального регулятора хемотаксиса; ПДС – протондвижущая сила; АТФ – внутриклеточная концентрация аденозинтрифосфата; fla- и mot-белки формируют структуру базальной части жгутика, выступающей в роли ротора флагеллярного мотора СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №9, БИОЛОГ ИЯ хлороформа хемотаксис блокируют бензол, ацетон, развитие. Исследования в живой природе дополняются многие виды антибиотиков, а также различные веще- разнообразными лабораторными экспериментами.

ства наркотического действия, анестетики, адреналин, ацетилхолин. Механизм их действия самый различСПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ный. Скорость расщепления бактериями некоторых органических соединений также коррелирует с их хе- 1. Adler J. Chemotaxis in Bacteria // Ann. Rev. Biochem. 1975.

мотаксической способностью. Например, морские бак- Vol. 44. P. 341–356.

терии активно расщепляют альбумин и казеин. Однако 2. Скулачев В.П. Электродвигатель бактерий // Соросовский воздействие микроскопическими концентрациями угОбразовательный Журнал. 1998. № 9. С. 2–7.

леводородов, толуола, фенола, отходами нефти, 2-43. Завальский Л.Ю. Кинетический анализ хемотаксиса бактедихлорфеноксиацетата, О-О-дихлорбифенила сильно рий // Биофизика. 1988. Т. 33, № 2. С. 328–332.

ингибирует это процесс. В то же время такие малые концентрации практически не оказывают прямого паРецензент статьи А.Н. Тихонов губного действия на жизнедеятельность микрофлоры.

Основной эффект их действия, по-видимому, сводится * * * к подавлению хеморецепторной активности.

Таким образом, разнообразные загрязнения прес- Леонид Юлианович Завальский, кандидат физико-мановодных и морских водоемов даже в малых концент- тематических наук, старший научный сотрудник Госурациях могут привести к серьезным нарушениям эко- дарственного научного центра прикладной микробиологического баланса. При таких малых концентрациях логии. Область научных интересов – системный это в первую очередь связано с нарушениями в работе анализ биологических процессов, математическое хемосенсорных систем микроорганизмов. Возникшая моделирование бактериального хемотаксиса. Автор в связи с этим новая область изучения микробиологиче- более 30 научных работ, двух изобретений, двух учебских сообществ в последние годы получает интенсивное ников и монографии.

ЗАВАЛЬСКИЙ Л.Ю. ХЕМОТАКСИС БАКТЕРИЙ

Pages:     | 1 ||










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.