細菌はクオラム センシングを介して通信します。これは、遺伝子発現を調節するために互いに通信するために使用される細胞密度依存プロセスです。
友人や家族との外出が危険ではなかった古き良き時代を覚えていますか?大きなグループの計画を調整するのが普通だった時代に戻りましょう。グループの集まりは楽しいものでしたが、全員のスケジュールを調整して共通の日付を選択することがどれほど困難であったかを誰も見逃していないと確信しています.誰もが会場やレストランに相互に同意することを気にしないでください.大きなグループ内でのコミュニケーションはかなりのスキルです!
コミュニケーションは単純に聞こえますが、実際には非常に複雑です。大切な人に「どうしたの？」と聞いたことがありますか？彼らが機嫌が悪いように見えたとき、彼らはただ「何もない!」と叫びましたか?
最も発達した脳と社会構造を持つ食物連鎖の頂点に位置する人間は、自分のメッセージを同種の他者に伝えるのに依然として苦労しています.謙虚な単細胞バクテリアがすでにこれを突き止めていると言ったらどうしますか?彼らは完全に調和して自分たちの間で通信する方法を進化させました.議論も意見の相違もありません。メッセージを明確に伝えるだけです。ショッキングですね。
この非常に小さな生命体は、サイズが 1 つの細胞に過ぎず、耳や口がなく、記号や記号を解読する大きな脳もありません。では、それはどのようにして同種の他の人と「話す」のでしょうか?簡単に言えば、バクテリアは化学物質を使用して、クオラム センシング (QS) と呼ばれるプロセスで互いにメッセージを送信します。
クォーラム センシングとは
クオラム センシングは、クオラムという言葉が意味するように、特定のグループの行動を集合的に活性化するために、特定の場所の細菌数を数える方法です。
多くのバクテリアはグループを形成し、一緒に仕事を遂行する傾向があります。彼らは、異なる人口密度で異なる行動を表現するシステムを持っています。クオラム センシングとは、特定の場所にいるグループの規模を全員が知る方法であり、遺伝子にプログラムされた集団行動を刺激します。
これらの集団的行動には、ほんの数例を挙げると、生物発光 (光の生成)、抗生物質の生成、バイオフィルムの形成、宿主感染、さらには遺伝情報の交換 (接合) などのタスクが含まれます。
この通信モードが発見されたのはいつですか?
前世紀のどこかで、科学者たちは生物発光するバクテリアの種、Vibrio Fischeri について頭を悩ませていました。
V. 魚 海洋生物発光バクテリアの一種で、海水に浮いているか、イカの上に重ねられています。彼らはさまざまな海洋動物と共生関係にあり、食物と避難所と引き換えにこの光を提供しています.日中は光を発して宿主をカモフラージュし、夜は宿主が見やすいようにします。
これらの特定の細菌は、特定の人口密度でのみ、その特徴的な輝く光を生成します。科学者たちは、彼らにこの生物発光をより少ない数で生成させることができなかったため、彼らは頭を悩ませました。ついに 1970 年に、彼らはその答えを見つけました。それはクオラム センシングです。
イカはVと共生関係にあります。フィシェリ 彼らが自分の体で生きることを可能にする場所。代わりに、イカは自分が発する光を利用します。 (写真提供:ナリッサ・スパイズ/ウィキメディア・コモンズ)
クオラム センシングのメカニズム
クオラムセンシングの鍵は、行動が発生するのに十分な大きさの細菌の集まりを持つことです。すべての細菌は、 オートインデューサー として知られる特別なシグナル伝達分子を放出することで、その存在を示します 周りの環境に。これらは、動物ホルモン分子に相当する細菌です。
細菌は自然にこれらのオートインデューサーを生成および放出し、拡散プロセスによって細胞に自由に出入りします。細菌が増殖し、数が増えるにつれて、これらのシグナル伝達分子がより多く生成され、環境に放出されます。すべてのバクテリアは、表面の受容体を介して、この増加する量のシグナル伝達分子を感知できます。最終的に、閾値濃度として知られる特定の濃度に達します。
この時点で、バクテリアは次のように認識します。私の周りや内部には非常に多くのシグナル伝達分子があります。つまり、十分な数の仲間が近くにいるということです。グループタスクに取り組み始める時間です。」
シグナル伝達分子には多数の形態があります。生成および放出されるタイプは、細菌の種類と実行するタスクによって異なります。
V.フィシェリ グロー?
V.フィシェリ ルシフェラーゼと呼ばれる特別な光生成酵素を作ります。単一の細菌では十分な「光」を生成できないため、単独で生成するのは資源の無駄になります。自然は効率的であり、これらのバクテリアは、発光するのに十分な数になった場合にのみ光を発するようにプログラムされています.
V.フィシェリ AHLシンターゼと呼ばれる酵素を産生します。その後、AHL シンターゼは AHL (N-アシル ホモセリン ラクトン) を生成します。これは、細菌がその環境に放出する自動誘導因子です。
V の数として。フィシェリ 増加すると、AHL の量が増加します。最終的に、細胞外の AHL の濃度が内部の数よりも高くなり、濃度勾配が逆になり、AHL が細菌細胞に逆流します。
AHL が細胞内に逆流し始めると、ルシフェラーゼの産生を担う特定の遺伝子が活性化されます。このように、この種のバクテリアは、人口密度が高い場合にのみ光り始めます。
V におけるクオラム センシングのプロセス。フィシェリ、 これは、生物発光に必要な遺伝子の活性化につながります。 (写真提供:Caroline Dahl/Wikimedia Commons)
クォーラムセンシングの他の方法はありますか?
人間が異なる言語を持っているように、細菌は異なる種類のシグナル分子を持っています。細菌には、グラム陽性菌とグラム陰性菌の 2 種類があります。両者の主な違いは、細胞壁の厚さと組成にあります。グラムの性質について詳しく知りたい場合は、この記事を参照してください。
クオラムセンシングのメカニズムは、細菌のグラムの性質に依存しています。 V のようなグラム陰性菌。フィシェリ AHL などのオートインデューサーを使用します。 AHL は、細菌体の内外への移動に拡散を使用します。
グラム陽性菌のメカニズムはわずかに変化しています。それらのシグナル伝達分子は、AHLの代わりにペプチド、アミノ酸の小さなストリングです。細菌細胞から拡散する代わりに、輸送ポンプによって押し出されます。
なぜ細菌はコミュニケーションをとる必要があるのですか?
たとえば、病原性細菌が体内に入り、病原性 (病気の原因となる) 遺伝子を発現し始め、その結果、宿主の免疫システムに警告を発するとします。可哀想な細菌は、免疫細胞によって攻撃されます。
しかし、クオラム センシングを使用すると、バクテリアは待機し、その数を増やしてから、体に対する優位性を解き放つことができます。
バクテリアは、複製を続けながら、最初はステルス モードで静かなままです。細菌群集が十分に大きくなると、宿主の免疫系と戦う自信がつきます。そうして初めて、病気を引き起こすのに必要な遺伝子が活性化されます。
もう 1 つの例は、非常に社会的な細菌 Myxococcus xanthus です。 これらのバクテリアは土壌中に存在し、食物を求めて群れをなして動き回っています。さて、狭い場所を動き回ってそこで見つけたものを食べているだけでは、最終的には食べ物がなくなります.
これが発生すると、これらのバクテリアは飢え始め、グループ内で新しいメッセージをやり取りし始めます。まとまりのある体を形成して、一緒に旅行できるようにしましょう。」 このメッセージは、バクテリアが飢え始めたときに放出されるシグナル伝達分子を介して達成されます。
食物が不足すると、遺伝子の事前設定されたプログラムが活性化され、「子実体」と呼ばれるものを形成します。これは、休眠中の細菌胞子のくしゃくしゃの塊であり、風によって他の食物が豊富な場所に運ばれるのを待っています.
結論
はい、バクテリアは互いに通信し、そうするために洗練されたクオラムセンシングシステムを進化させました.単細胞生物であるバクテリアは、クオラム センシングを介してコミュニケーションを取り、集合的な多細胞単位として行動と機能を調整します。
科学者は、QS システムを操作して、病気と闘い、抗生物質の生産を増やす新しい戦略を開発する方法を積極的に考え出しています。
