معلومة

20: التكافل الميكروبي - علم الأحياء

20: التكافل الميكروبي - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تكافل، محدد بدقة ، يشير إلى علاقة حميمة بين كائنين. على الرغم من أن العديد من الأشخاص يستخدمون المصطلح لوصف علاقة مفيدة لكلا المشاركين ، إلا أن المصطلح في حد ذاته ليس محددًا. أ متبادلة العلاقة هي التي يستفيد فيها كلا الشريكين ، بينما أ متكافئة العلاقة تفيد أحد الشريكين دون الآخر. في علاقة مسببة للأمراض، يستفيد أحد الشركاء على حساب الآخر. يبحث هذا الفصل في بعض الأمثلة على التعايش ، حيث تكون الميكروبات أحد الشركاء.

الميكروبيوم البشري

الميكروبيوم البشري يصف الجينات المرتبطة بجميع الميكروبات التي تعيش في الإنسان وعليه. كل 10 ^ 14 منهم! الميكروبات هي في الغالب بكتيريا ولكن يمكن أن تشمل البكتيريا العتيقة والفطريات وميكروبات eukartyotic وتشمل المواقع الجلد والجهاز التنفسي العلوي والمعدة والأمعاء والمسالك البولية التناسلية. يحدث الاستعمار بعد الولادة بفترة وجيزة ، حيث يكتسب الأطفال الميكروبات من الأشخاص والأسطح والأشياء التي يتلامسون معها.

ميكروبات الأمعاء والتمثيل الغذائي البشري

تم العثور على معظم الميكروبات المرتبطة بجسم الإنسان في الأمعاء ، خاصة بعد حوالي 1-4 ساعات من تناول وجبة عندما يزداد عدد الميكروبات بشكل كبير. تتنوع الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء بشكل كبير ، وقد قدر أن ما بين 500-1000 نوع من البكتيريا تعيش في الجهاز الهضمي البشري (يوصف عادةً على أنه من 5 إلى 8 أرطال من البكتيريا!).

تعتبر ميكروبات الأمعاء ضرورية لعملية الهضم والتغذية ، وتساعد في الهضم عن طريق تكسير الكربوهيدرات التي لا يستطيع البشر تحطيمها بمفردهم ، عن طريق تحرير الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة من الألياف الغذائية غير القابلة للهضم. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تنتج الفيتامينات مثل البيوتين وفيتامين ك.

ميكروبات الأمعاء والسمنة

كان هناك اهتمام متزايد بمجموعات الأمعاء الميكروبية ، بسبب احتمال أنها قد تلعب دورًا في السمنة. على الرغم من الافتراضات الحالية ، فقد أظهرت الأبحاث أن الفئران البدينة لديها مجتمع أمعاء ميكروبي يختلف عن الميكروبات الموجودة في أمعاء الفئران غير البدينة ، مع وجود المزيد الحزم البكتيريا والميثانوجين العتيقة. لقد تم اقتراح أن هذه الميكروبات أكثر كفاءة في امتصاص العناصر الغذائية.

الميكروبيوم البشري والمرض

لقد ثبت أن تغيرات الجراثيم مرتبطة بالحالات المريضة أو دسباقتريوز. أظهرت الأبحاث الأولية أن الجراثيم قد تكون مرتبطة بالتهاب المفاصل الروماتويدي وسرطان القولون والمستقيم والسكري بالإضافة إلى السمنة.

بحث

مشروع الميكروبيوم البشري (HMP) كان برنامجًا بحثيًا دوليًا مقره في الولايات المتحدة وكان يركز على وظائف ميكروبيوتا الأمعاء. استخدم حوالي 200 باحث تقنيات متقدمة لتسلسل الحمض النووي لتحديد الميكروبات الموجودة وفي أي مجموعات.

تركز العديد من المشاريع البحثية الحالية على تحديد دور الميكروبيوم البشري في كل من الصحة والحالة المريضة. ليس هناك شك في أن معرفتنا ستستمر في النمو حيث نكتشف المزيد عن الأعداد الهائلة من الميكروبات التي تعيش فينا وعلينا.

الأغشية الحيوية

الأغشية الحيوية عبارة عن مجموعة معقدة من الخلايا مغلفة داخل مصفوفة ممتازة ومرفقة بسطح. يمكن أن تتشكل الأشكال الحيوية على أي سطح تقريبًا وهي شائعة في الطبيعة والصناعة ، حيث توجد على أسطح الصخور والكهوف والأنابيب وأجسام القوارب وأوعية الطهي والغرسات الطبية ، على سبيل المثال لا الحصر. لقد كانت أيضًا موجودة منذ وقت طويل ، حيث أظهر السجل الأحفوري أدلة على الأغشية الحيوية التي تعود إلى 3.4 مليار سنة!

يمكن أن يتكون المجتمع الميكروبي للبيوفيلم من نوع واحد أو نوعين ، ولكن بشكل أكثر شيوعًا يحتوي على العديد من الأنواع المختلفة من البكتيريا ، كل منها يؤثر على التعبير الجيني الآخر ونموه.

تطوير الأغشية الحيوية

يمكن تقسيم الخطوات الأساسية لتشكيل الأغشية الحيوية الرقيقة إلى أربع خطوات:

  1. التخلص من الخلية والتعلق بها - من أجل أن يحدث تطور الأغشية الحيوية الرقيقة ، أو الطفو الحر أو العوالق يجب أن تصطدم الخلايا بسطح مناسب. عادةً ما يكون السطح مهيئًا مسبقًا بترسبات البروتينات البيئية والجزيئات الأخرى.
  2. الاستعمار - تحدث الإشارات من خلية إلى أخرى ، مما يؤدي إلى التعبير عن جينات معينة من الأغشية الحيوية. ترتبط هذه الجينات بالإنتاج الجماعي لـ البوليمر خارج الخلية يمكن أن تمتص الحمض النووي الذي تطلقه بعض الخلايا من قبل خلايا أخرى ، مما يحفز التعبير عن جينات جديدة.
  3. النضج - تغلف مصفوفة EPS جميع الخلايا بشكل كامل ، حيث يستمر الغشاء الحيوي في التكاثف والنمو ، مكونًا مجتمعًا معقدًا وديناميكيًا. تتشكل قنوات المياه في جميع أنحاء الهيكل.
  4. الانفصال والتقشير - يتم إطلاق الخلايا الفردية أو قطع من البيوفيلم في البيئة ، كشكل من أشكال التشتت النشط. يمكن أن يكون هذا الإطلاق ناتجًا عن عوامل بيئية ، مثل تركيز العناصر الغذائية أو الأكسجين.

    تطوير بيوفيلم. يتم إقران كل مرحلة من مراحل التطور في الرسم التخطيطي مع صورة مجهرية لغشاء حيوي Pseudomonas aeruginosa النامي. تظهر جميع الصور المجهرية بنفس المقياس. بواسطة D. Davis [CC BY 2.5] ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

المزايا الخلوية للأغشية الحيوية

لماذا تتطور الأشكال الحيوية؟ هناك بعض المزايا التي تتمتع بها الخلايا أثناء وجودها في الأغشية الحيوية ، مقارنة بنموها العوالق. ربما الأهم من ذلك ، أن الأغشية الحيوية توفر حماية متزايدة للخلايا من الظروف أو المواد الضارة ، مثل ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، والإثارة الجسدية ، والعوامل المضادة للميكروبات ، والبلعمة. لقد ثبت أن البكتيريا الموجودة داخل الأغشية الحيوية أكثر مقاومة للمضادات الحيوية بألف مرة من الخلايا الطافية!

كما يسمح البيوفيلم لسكان الخلية "بتثبيت الجذور" ، إذا جاز التعبير ، حتى يتمكنوا من البقاء على مقربة من منطقة غنية بالمغذيات. على سبيل المثال ، فإن الأغشية الحيوية التي تتطور على أنبوب القناة في مصنع الألبان ستتمتع بإمكانية الوصول المستمر إلى الطعام الطازج ، وهو أفضل بكثير من التخلص من المنتج النهائي.

أخيرًا ، تسمح الأغشية الحيوية للخلايا بالنمو في التجمعات الميكروبية ، حيث يمكنها بسهولة الاستفادة من التواصل بين الخلايا والتبادل الجيني.

تأثيرات بيوفيلم

للأغشية الحيوية تأثيرات هائلة في العديد من أنواع الصناعة المختلفة. الغرسات الطبية التي تتراوح من القسطرة إلى المفاصل الاصطناعية معرضة بشكل خاص لتكوين الأغشية الحيوية ، مما يؤدي إلى مشاكل ضخمة للصناعة الطبية. الأغشية الحيوية مسؤولة عن العديد من الالتهابات المزمنة ، وذلك بسبب مقاومتها المتزايدة للمركبات المضادة للميكروبات والمضادات الحيوية. أحد أنواع الأغشية الحيوية التي تؤثر على الجميع تقريبًا هو تكوين طبقة البلاك ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تكون تجاويف.

خارج الطب ، تؤثر الأغشية الحيوية على أي صناعة تعتمد على الأنابيب لنقل الماء أو الطعام أو الزيت أو أي سوائل أخرى ، حيث تجعل مقاومتها أمرًا صعبًا بشكل خاص للتخلص التام من الأغشية الحيوية.

إدراك النصاب

تشير كلمة النصاب القانوني إلى وجود حد أدنى من الأعضاء اللازمين للمؤسسة لإجراء الأعمال ، مثل إجراء تصويت. إدراك النصاب يشير إلى قدرة بعض البكتيريا على التواصل بطريقة تعتمد على الكثافة ، مما يسمح لها بتأخير تنشيط جينات معينة حتى تصبح أكثر فائدة للسكان.

يتضمن استشعار النصاب الاتصال من خلية إلى أخرى ، باستخدام مواد صغيرة قابلة للانتشار تعرف باسم المحرضات الذاتية. يتم إنتاج المحرض الذاتي بواسطة خلية ، منتشر عبر غشاء البلازما ليتم إطلاقه في البيئة. مع زيادة عدد الخلايا في البيئة ، يزداد تركيز المحفز الذاتي أيضًا ، مما يتسبب في انتشار الجزيء مرة أخرى في الخلايا الفردية حيث يؤدي إلى تنشيط جينات معينة.

استشعار النصاب في البكتيريا ذات الإضاءة الحيوية.

مثال على استشعار النصاب

واحدة من أفضل الأمثلة المدروسة لاستشعار النصاب هي العلاقة المتبادلة بين بكتيريا الضيائية الحيوية أليفيبريو فيشيوالحبار بوبتيل. يمتلك الحبار ذو الذيل في الواقع عضوًا خفيفًا تطور لإيواء البكتيريا ، معتمداً على تألقه لتوفير تأثير تمويه ضد الحيوانات المفترسة. في كثافة الخلايا المنخفضة ، لن يوفر اللمعان التأثير المطلوب ، والذي يمثل إهدارًا في الطاقة من قبل السكان البكتيريين. لذلك ، يتم استخدام استشعار النصاب بحيث يكون لوكس يتم تنشيط الجين الذي يرمز لإنزيم لوسيفيراز الضروري للتألق فقط عندما يكون عدد السكان البكتيري بكثافة كافية.

الكلمات الدالة

تكافل ، علاقة تبادلية ، تعايشية ، مسببة للأمراض ، ميكروبيوم بشري ، دسباوزيس ، مشروع ميكروبيوم بشري (HMP) ، بيوفيلم ، بلانكتونيك ، مواد بوليمرية خارج الخلية / EPS ، استشعار النصاب ، محفز ذاتي.

أسئلة / أهداف أساسية

  1. ما هو التعايش؟ ما هي الأمثلة المحددة المختلفة للتكافل؟
  2. كيف يتم تعريف الميكروبيوم البشري؟ ما هي الميكروبات التي يتضمنها؟
  3. ما هو تأثير الميكروبيوم البشري أو يمكن أن يحدثه على مضيفه؟
  4. ما هي الأغشية الحيوية؟ أين يتشكلون؟
  5. ما هي الخطوات التي تؤدي إلى تكوين الأغشية الحيوية الرقيقة؟
  6. كيف تستفيد الخلايا من وجودها في بيوفيلم؟ ما هي تأثيرات الأغشية الحيوية على البشر؟
  7. ما هو استشعار النصاب؟ كيف تعمل الآلية؟
  8. صف مثال Aliivibrio fischeri والحبار بوبتيل. ما هو الدور الذي يلعبه استشعار النصاب في العلاقة بين هذين الكائنين؟