박테리아는 유전자 발현을 조절하기 위해 서로 통신하는 데 사용되는 세포 밀도 의존적 과정 인 쿼럼 감지를 통해 전달됩니다.
친구와 가족과 외출 할 때 좋은 옛날을 기억하십시오. 위험한 제안이 아니 었습니까? 큰 그룹에 대한 계획을 조정하는 것이 정상이었을 때 돌아가십시오. 그룹 모임만큼이나 즐거운 일이었을 때, 아무도 놓치지 않는 한 가지는 모든 사람의 일정이 정렬하고 일반적인 날짜를 선택하는 것이 얼마나 어려운지입니다. 모든 사람이 공연장이나 식당에 상호 동의하도록하는 것을 신경 쓰지 마십시오. 큰 그룹 내에서의 의사 소통은 꽤 기술입니다!
의사 소통은 간단하게 들리지만 실제로는 매우 복잡합니다. 중요한 다른“무엇이 잘못 되었습니까?”라고 물었습니다. 그들이 파울 분위기를 느끼는 것처럼 보였을 때만“아무것도!”라고 외치기 만하면?
가장 발전된 뇌와 사회 구조로 먹이 사슬 위에 앉아있는 인간은 여전히 다른 사람들에게 메시지를 전하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 겸손한 단일 세포 박테리아가 이미 이것을 못 박았다고 말하면 어떻게 될까요? 그들은 완벽한 조화로 그들 사이를 의사 소통하는 방법을 진화시켰다. 논쟁도없고 의견 불일치도없고, 메시지를 명확하게 전달하는 것입니다. 충격적이지 않습니까?
이 미미한 작은 생명체는 크기가 하나만 형성되며 귀나 입이 없으며 표지판과 기호를 해독 할 큰 뇌가 없습니다. 그렇다면 어떻게 다른 사람과“대화”합니까? 간단히 말해서, 박테리아는 화학 물질을 사용하여 쿼럼 감지 (QS)라는 과정에서 서로 메시지를 보냅니다.
쿼럼 감지 란 무엇입니까?
쿼럼 감지는 Quorum이라는 단어에서 알 수 있듯이 특정 그룹 행동을 집합 적으로 활성화하기 위해 주어진 부위에서 박테리아 집단을 세는 방법입니다.
많은 박테리아는 그룹을 형성하고 함께 임무를 수행하는 경향이 있습니다. 그들은 서로 다른 인구 밀도에서 다른 행동을 표현하는 시스템을 가지고 있습니다. 쿼럼 감지는 그들이 그들의 그룹이 특정 위치에 얼마나 큰지 아는 방법입니다. 그런 다음 유전자로 프로그래밍되는 일부 집단적 행동을 자극합니다.
.이러한 집단적 행동에는 바이오-발광 (광 생산), 항생제 생산, 바이오 필름 형성, 숙주 감염, 심지어 유전자 정보의 교환 (접합)과 같은 작업이 포함됩니다.
이 커뮤니케이션 모드가 언제 발견 되었습니까?
지난 세기에 과학자들은 박테리아의 생물 발광 종에 당황했습니다 - vibrio fischeri.
v. fischeri 해양 생물 발광 박테리아의 종으로 바다 물에 떠 오르거나 오징어에 겹쳐져있는 것으로 밝혀졌습니다. 그들은 음식과 대피소를 대가 로이 빛을 제공하기 위해 다른 해양 동물과 공생 관계를 맺고 있습니다. 낮에는 호스트를 위장하기 위해 빛을 발산하고 밤에는 호스트가 쉽게 볼 수 있습니다.
이 특정 박테리아는 특징적인 빛나는 빛을 생성하지만 특정 인구 밀도에서만 생성됩니다. 과학자들은이 생물 발광을 더 작은 숫자로 생성하도록 할 수 없었기 때문에 머리를 긁어 냈습니다. 마침내 1970 년에 그들은 대답을 알아 냈습니다 - 쿼럼 감지.
오징어는 v와 공생 관계가 있습니다. Fischeri 그들이 몸에 살 수있는 곳. 그 대가로 오징어는 생성 된 빛을 사용합니다. (사진 크레딧 :Narrissa Spies/Wikimedia Commons)
쿼럼 감지 메커니즘
정족수 감지의 열쇠는 행동이 발생하기에 충분히 큰 박테리아 회중을 갖는 것입니다. 모든 박테리아는 자동 유도기로 알려진 특수 신호 분자 를 방출함으로써 출석을 나타냅니다. 주변 환경으로. 이들은 동물 호르몬 분자와 같은 박테리아입니다.
박테리아는 자연적으로 이러한 자동 유도기를 생성하고 방출하며, 이는 확산 과정에 의해 세포로 자유롭게 흐릅니다. 박테리아가 계속 증가하고 수가 증가함에 따라, 이러한 신호 전달 분자 중 더 많은 것이 환경으로 생성되어 방출됩니다. 모든 박테리아는 표면의 수용체를 통해 이러한 증가하는 신호 전달 분자를 감지 할 수 있습니다. 결국, 임계 값 농도로 알려진 특정 농도가 달성됩니다.
이 시점에서 박테리아는“오 잠깐! 내 주변과 내부에는 신호 분자가 너무 많습니다. 그것은 내 친구들의 충분한 사람들이 근처에 있다는 것을 의미합니다. 그룹 작업 작업을 시작할 시간입니다.”
신호 분자의 수많은 형태가 있습니다. 생산 및 방출 유형은 박테리아의 종과 수행해야 할 작업에 따라 다릅니다.
v. Fischeri 글로우?
v. Fischeri 루시퍼 라제 (Luciferase)라고 불리는 특별한 광 생산 효소를 만듭니다. 단일 박테리아는 충분한“빛”을 생산할 수 없기 때문에 혼자서 할 수있는 자원 낭비가됩니다. 자연은 효율적 이며이 박테라가 빛을 달성하기에 충분한 숫자 일 때만 빛을 만들도록 프로그램했습니다.
v. Fischeri AHL 신타 제라는 효소를 생성합니다. AHL 신타 제는 AHL (N- 아실 호모 세린 락톤)을 생성하며, 이는 자동 유도기 인 박테리아가 환경으로 방출됩니다.
.v의 수. Fischeri 증가하면 AHL의 양이 증가합니다. 결국, 세포 외부의 AHL의 농도는 내부의 수보다 커져 농도 구배가 역전되고 AHL은 박테리아 세포로 다시 흐릅니다.
.AHL이 세포 내부로 흐르기 시작하면 루시퍼 라제 생산을 담당하는 특정 유전자를 활성화시킵니다. 이런 식으로,이 박테리아 종은 높은 인구 밀도에서만 빛을 발하기 시작합니다.
v에서 쿼럼 감지 과정. 피셔리, 이는 생물 발광에 필요한 유전자의 활성화로 이어진다. (사진 크레딧 :Caroline Dahl/Wikimedia Commons)
쿼럼 감지의 다른 방법이 있습니까?
인간이 다른 언어를 가지고있는 것처럼 박테리아는 다른 종류의 신호 분자를 가지고 있습니다. 박테리아에는 두 가지 종류가 있습니다 :그램 양성과 그램 음성. 둘 사이의 주요 차이점은 세포벽 두께와 조성 측면에서입니다. 그램 본성에 대해 자세히 알아 보려면이 기사를 참조하십시오.
쿼럼 감지의 메커니즘은 박테리아의 그램 특성에 의존합니다. 그람 음성 박테리아와 같은 v. Fischeri AHLS와 같은 자동 인플레이터를 사용하십시오. AHLS는 박테리아 신체 안팎으로 이동하기 위해 확산을 사용합니다.
그람 양성 박테리아는 약간 변경된 메커니즘을 가지고 있습니다. 그들의 신호 전달 분자는 AHL 대신 펩티드, 작은 아미노산의 아미노산이다. 박테리아 세포에서 확산되는 대신 운송 펌프에 의해 밀려납니다.
박테리아가 의사 소통 해야하는 이유는 무엇입니까?
예를 들어, 신체에 들어가서 독성 (질병 유발) 유전자를 발현하기 시작하는 병원성 박테리아를 예로 들어 보자. 가난한 고독한 박테리아는 면역 세포에 의해 삐걱 거립니다.
그러나 정족수 감지를 통해 박테리아는 기다리고 숫자를 늘리고 몸에 대한 지배력을 발휘할 수 있습니다.
박테리아는 처음에는 스텔스 모드에서 조용히 유지하면서 계속 복제합니다. 박테리아 공동체가 충분히 커지면 호스트의 면역 체계와의 싸움을 선택할 수있는 자신감을 얻습니다. 그때만 질병을 유발하는 데 필요한 유전자를 활성화시키는 것입니다.
또 다른 예는 매우 사회적 박테리아 myxococcus xanthus입니다. 이 박테리아는 토양에 존재하며 음식을 찾기 위해 그룹으로 움직입니다. 이제 모든 사람이 작은 지역에서 움직여서 거기에서 찾은 음식을 먹는다면 결국 음식이 다 떨어집니다.
이런 일이 일어나고이 박테리아가 굶주 리기 시작하고 그룹 내에서 새로운 메시지를 전달하기 시작하십시오. 우리가 집합 적으로 여행 할 수 있도록 응집력있는 몸을 형성하십시오.” 이 메시징은 박테리아가 굶주릴 때 방출되는 신호 분자를 통해 달성됩니다.
음식 부족은 유전자에서 사전 설정된 프로그램을 활성화시키고 그들은“과일 바디”라고 불리는 것을 형성합니다-휴면 박테리아 포자의 뭉친 덩어리는 바람에 의해 다른 음식이 풍부한 위치로 운반 될 것입니다.
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결론
그렇습니다. 박테리아는 서로 의사 소통을하고 정교한 쿼럼 감지 시스템을 진화 시켰습니다. 단일 세포 유기체 인 박테리아는 쿼럼 감지를 통해 전달하여 행동을 조정하고 집단 다세포 단위로 기능합니다.
과학자들은 질병 퇴치 및 항생제 생산 증가에 새로운 전략을 개발하기 위해 QS 시스템을 조작하는 방법을 적극적으로 파악하고 있습니다.
