(1) Bakterie, które stają się ‚altruistyczne’ w obliczu zakażeń wirusowych. Dlaczego organizm jednokomórkowy miałby dążyć do samozagłady? (2) O ‚altruistycznych’ bakteriach, które oddają kalekim pobratymcom białka.

(http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/29238/title/Nice-bacteria-finish-last/)

Gdy nasze komórki są zarażane wirusami popełniają samobójstwo w wyniku apoptozy, żeby zapobiec dalszemu rozprzestrzenianiu się zabójczych intruzów, ponieważ ludzie są organizmami wielokomórkowymi a w tym układzie obowiązuje zasada „wszystko albo nic”.

Bakterie to organizmamy jednokomórkowe, a jednak potrafią ‚wybrać’ samounicestwienie z korzyścią dla innych członków kolonii. Bakterie te ‚poświęcają się’ dla innych bakterii w odpowiedzi na zakażenia bakteriofagami. Wiele szczepów bakterii posiada operon śmierci komórkowej zwany mazEF. Populacje bakterii posiadające ten operon wykazują zdolność do skutecznej reprodukcji kolonii, nawet w przypadku zakażenia materiałem genetycznym bakteriofagów (profagami). Kiedy profag opuszcza stan lizogenny (https://pl.wikipedia.org/wiki/Cykl_lizogenny) i zaczyna przechodzić do stanu litycznego (https://pl.wikipedia.org/wiki/Cykl_lityczny), operon mazEF jest aktywowany i zabija komórkę gospodarza, zanim powstanie wystarczająca ilość cząsteczek bakteriofaga, aby uniemożliwić mu skuteczną biogenezę, namnożenie i opuszczenie komórki bakterii w wyniku jej rozpadu – a następnie zaatakowanie innych członków populacji.

Animacje obrazujące przebieg infekcji bakteriofagiem:

Biogeneza bakteriofaga T4:

Gdy operon zostanie eksperymentalnie usunięty w celu uzyskania szczepu ΔmazEF, cząsteczki fagów są wytwarzane w obfitości i skutecznie się rozprzestrzeniają.W przypadku organizmów wielokomórkowych procesy apoptozy są korzystne dla całego organizmu. W przypadku bakterii niszczony jest cały organizm, a przecież teoretycznie podczas ewolucji dobór naturalny działa na poziomie osobniczym a nie grupowym (dla dobra osobnika a nie całej grupy: https://pl.wikipedia.org/wiki/Dob%C3%B3r_grupowy).

W momencie kiedy bakteria zaczyna rozwijać się podczas rozmnażania w dziwny sposób zaczyna być atakowana przez małą molekułę nazywaną EDF (extracellular death factor). Nie pochodzi ona z samej bakterii. To jej towarzyszki, otaczając zainfekowaną bakterię, zaczynają produkować i wydzielać te molekuły, które stymulują proces samounicestwienia.

Wskazuje to na rozwinięty system kolonialny, w jakim żyją bakterie, które działając wspólnie eliminują tzw. ‚słabsze ogniwa’ kolonii. Czy to znaczy, że mamy do czynienia z ‚jednym osobnikiem’ złożonym z wielu komórek bakteryjnych? Dajmy na to komórki nerwowe orgnimów takich jak ssaki nie potrafią przeżyć bez komórek mięśniowych, ponieważ jak inaczej zostałaby do nich dopompowana życiodajna, natleniona krew przez serce pozbawione mięśnia? Komórka bakterii, która ‚poświęca się’ dla reszty populacji mogłaby wydać potomstwo zanim wirus doprowadzi do jej unicestwienia. Więc jakie prawidła ewolucji zadecydowały o rozwinięciu się całego tego mechanizmu?

Mechanizm działania operonu mazEF

Geny mazE oraz mazF tworzą operon mazEF. MazF jest odpowiedzialny za uaktywnienie śmiercionośnej toksyny, podczas gdy mazE działa jako antytoksyna. W przypadku uszkodzenia mazE toksyny produkowane przez mazF zostaną uwolnione i komórka ginie. Proces jest indukowany czynnikiem EDF. Warto dodać, że mechanizm działa na zasadzie ‚współpracy’ z innym zabójczym dla bakterii mechanizmem. W przypadku znacznego uszkodzenia DNA następuje proces samounicestwienia.

Jak się można było spodziewać i w tym przypadku pomiędzy bakteriami i bakteriofagami trwa wyścig zbrojeń. Nowe badania wykazały, że mutanty bakteriofagów posiadają mechanizmy molekularne (antytoksynę), które pozwalają im na zahamowanie działania toksyny produkowanej przez bakterie i tym samym uniemożliwić im samozagładę – a przy okazji swoją własną. Antytoksyna, ktorą dysponują bakteriofagi jest bardzo podobna do tej, którą wytwarzają bakterie. profesor Salmond, kierownik badań, mówi o zdumiewających interakcjach w mikroświecie, a mechanizm jakim posługują się bakteriofagi, w celu dezaktywacji toksyny bakteryjnej, nazywa „zadziwiajacą molekularną mimikrą”. Mało tego: zmutowane bakteriofagi potrafią przenosić z jednej bakterii do drugiej DNA odpowiedzialne za blokowanie śmierci komórki. Jednak pozwala to na powielanie się tylko potomstwa tego mutanta i zarazem eliminuje konkurencję, tym samym umożliwiając wzrost populacji bakterii opornych na ataki konturencyjnych dapieżników! Profesor Salmond powiedział, że można to uznać za przejaw zakaźnego altruizmu z udziałem bakteriofagów, jako wektorów do przenoszenia tej odporności. Podkreśla ponadto, że jeszcze bardzo dużo zostało do odkrycia. Jestem przekonany, że kolejne badania wykażą mechanizmy bakteryjne, których komórki używają przeciwko tego typu strategiom bakteriofagów (http://mil-labs.blogspot.com/2012/11/virus-preventing-bacteria-from.html).

Czy w przypadku pewnych Myksobakterii mamy do czynienia z altruizmem bezinteresownym?

Gdzie jak gdzie, ale pośród bakterii naukowcy raczej nie spodziewali się znaleźć przykładów altruizmu i to takiego, który wygląda na bezinteresowny.
[1] „Myksobakterie wykazują przejawy społecznego ‚zachowania’ ujawniającego się poprzez wspólne asymilowanie substancji pokarmowych, zbiorowe poruszanie się a także społeczny rozwój. Myksobakterie są zdolne do altruizmu wobec komórek pozbawionych białek błonowych, odpowiedzialnych za wytwarzanie struktur powierzchniowych umożliwiających poruszanie się. W tym celu myksobakterie sprawne ruchowo przekazują część swoich własnych białek błonowych komórkom, które nabywają w ten sposób zdolności poruszania się.”

[2] „Szczodre bakterie należą do rodzaju Myxobacteria – rozpowszechnionych na całym świecie bakterii glebowych. Odżywiają się rozkładając resztki organiczne. Aby było im łatwiej przemieszczać się za pokarmem i trawić go, myksobakterie tworzą zgrane grupy, niemal gangi. Wspólnie mogą bowiem wyprodukować wystarczająco dużo enzymów trawiennych.
Do stworzenia takiej wspólnoty bakteriom służą delikatne wypustki – tzw. rzęski. Za ich pośrednictwem przylegają do sąsiadującej komórki i wtapiają się w tłum. Jednak niewielka liczba myksobakterii to niepełnosprawne mutanty, które nie posiadają białek odpowiedzialnych za tworzenie rzęsek. W rezultacie są unieruchomione i nie mogą wstąpić w szeregi gangu. Okazało się, że bakterie te mogą liczyć na „pomocną dłoń” (pomocną rzęskę?) ze strony członków wspólnoty. Do takich wniosków doszli naukowcy z Uniwersytetu Stanforda (Kalifornia).
Z ich obserwacji wynika, że mutanty odzyskują zdolności ruchowe, gdy tylko znajdą się w sąsiedztwie normalnych bakterii. Doświadczenia, które przeprowadzili badacze, wykazały, że sprawne bakterie przekazują bakteriom-inwalidom białka błonowe potrzebne do wytworzenia rzęsek i przemieszczania się.

„Te bakterie to piękny przykład współpracy” – komentuje prowadzący badania Dale Kaiser. Badacz nie umie na razie wyjaśnić, dlaczego tak się dzieje.
Normalni członkowie grupy doskonale poradziliby sobie bez bakterii-inwalidów. Naukowcy podejrzewają jednak, że bakterie mogą wymieniać w podobny sposób również inne białka.”

Jaką korzyść przynosi kolonii bakterii korzystanie z produktów własnych, zdrowych genów aby wspomagać kalekich i zdolnych tylko do produkowania zmutowanego potomstwa pobratymców, które także będzie potrzebowało takiej pomocy? Jak widać z zacytowanego tekstu naukowcy nie potrafią odpowiedzieć na to pytanie, ponieważ zdrowe osobniki doskonale (a być może nawet lepiej) poradziłyby sobie bez wspomagania kalekich krewniaków. Czy nie lepiej byłoby energię, którą przeznaczają na kalekich i bezproduktywnych kompanów zainwestować we własne, zdrowe potomstwo? Bakterie rozmnażają się bardzo szybko, więc zyski z inwestowania we własne rozmnażanie byłyby niemal natychmiastowe.

Źródła:

https://pl.wikipedia.org/wiki/Bakteriofag

https://www.quora.com/Do-bacteria-become-altruistic-when-encountering-viral-infection

Engelberg-Kulka H, Amitai S, Kolodkin-Gal I, Hazan R (2006) Bacterial Programmed Cell Death and Multicellular Behavior in Bacteria. PLoS Genetics 2(10), 1518-1526.

Yamaguchi Y, Inouye M (2011) Regulation of growth and death in Escherichia coli by toxin-antitoxin systems. Nature Reviews Microbiology 9, 779–790.
http://maxmania.pl/nauka/historia-bakterii-ktora-popelnia-honorowe-samobojstwo/

Biogeneza wirusa w ludzkim organizmie:

Apoptoza:

Wykład

Animacja procesu apoptozy:

Bakteriofagi:

http://www.e-biotechnologia.pl/Artykuly/bakteriofagi

https://pl.wikipedia.org/wiki/Bakteriofag

Czy w przypadku pewnych Myksobakterii mamy do czynienia z altruizmem bezinteresownym?

[1]http://www.pm.microbiology.pl/web/pelne/vol4732008.pdf
‚Występowanie i rola myksobakterii w środowisku naturalnym (str:51)’

Monika Anna Michałowska, Stefan Russel. str:61
[2] http://www.laboratoria.net/pl/modules.php?name=News&file=article&sid=1338

https://pl.wikipedia.org/wiki/Bakterie_%C5%9Bluzowe

Bakterie śluzowe (myksobakterie) – jednokomórkowe bakterie Gram-ujemne, pałeczki należące do królestwa Eubacteria, wydzielające śluz i poruszające się ruchem ślizgowym.

Większość to saprobionty, rozkładające związki organiczne w glebie, nawozie lub gnijącym drewnie. Niektóre mają zdolność do rozkładania peptydoglikanu lub celulozy, inne żerują na innych bakteriach. Rozmnażanie niektórych myksobakterii jest o wiele bardziej skomplikowane od innych. Tworzą one skupienia, które przekształcają się w wielokomórkowe, wznoszące się ponad powierzchnię ciała owocowe. Podczas tego procesu komórki bakteryjne wewnątrz ciała owocowego wchodzą w stan spoczynku, podobnie jak przetrwalniki. W sprzyjających warunkach spory pękają i komórki spoczynkowe stają się aktywne.

#nauka #biologia #altruizm #altruizmbezinteresowny #mikrobiologia #medycyna #biologiamolekularna #ciekawostki #bakterie

Advertisements

Skomentuj

Please log in using one of these methods to post your comment:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s