معلومة

7.21C: استشعار النصاب - علم الأحياء

7.21C: استشعار النصاب - 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.

استشعار النصاب هو نظام من التحفيز والاستجابة يرتبط بالكثافة السكانية.

أهداف التعلم

شرح آلية استشعار النصاب في البكتيريا

النقاط الرئيسية

  • تأتي بعض أفضل الأمثلة المعروفة لاستشعار النصاب من دراسات البكتيريا.
  • تستخدم البكتيريا استشعار النصاب لتنسيق سلوكيات معينة بناءً على الكثافة المحلية للتعداد البكتيري.
  • البكتيريا التي تستخدم استشعار النصاب تنتج وتفرز بشكل أساسي جزيئات تأشير معينة (تسمى المحرضات الذاتية أو الفيرومونات).

الشروط الاساسية

  • إدراك النصاب: استشعار النصاب هو نظام تحفيز واستجابة مرتبطين بالكثافة السكانية. تستخدم العديد من أنواع البكتيريا استشعار النصاب لتنسيق التعبير الجيني وفقًا لكثافة سكانها المحليين.
  • كثافة: مقياس لكمية المادة التي يحتوي عليها حجم معين.
  • تعداد السكان: مجموعة من الكائنات الحية من نوع معين ، تشترك في خاصية معينة مثيرة للاهتمام ، وغالبًا ما تكون تلك التي تعيش في منطقة معينة.

استشعار النصاب هو نظام من التحفيز والاستجابة يرتبط بالكثافة السكانية. تستخدم العديد من أنواع البكتيريا استشعار النصاب لتنسيق التعبير الجيني وفقًا لكثافة سكانها المحليين. بطريقة مماثلة ، تستخدم بعض الحشرات الاجتماعية استشعار النصاب لتحديد مكان التعشيش. بالإضافة إلى وظيفته في الأنظمة البيولوجية ، فإن لاستشعار النصاب العديد من التطبيقات المفيدة للحوسبة والروبوتات.

يمكن أن يعمل استشعار النصاب كعملية صنع قرار في أي نظام لامركزي ، طالما أن المكونات الفردية لديها: (أ) وسيلة لتقييم عدد المكونات الأخرى التي تتفاعل معها و (ب) استجابة قياسية بمجرد عدد عتبة من المكونات تم الكشف عن.

يمكن تحقيق النصاب عن طريق تحطيم جزيء الإشارة. باستخدام وسيط KG ، يمكن عزل بكتيريا إخماد النصاب القانوني بسهولة من بيئات مختلفة بما في ذلك تلك التي كانت تعتبر في السابق غير قابلة للزراعة. في الآونة الأخيرة ، تم عزل بكتيريا إخماد النصاب المدروسة جيدًا ودُرست حركية تحلل AHL باستخدام كروماتوجرافيا سائلة سريعة الاستبانة (RRLC).

تأتي بعض أفضل الأمثلة المعروفة لاستشعار النصاب من دراسات البكتيريا. تستخدم البكتيريا استشعار النصاب لتنسيق سلوكيات معينة بناءً على الكثافة المحلية للتعداد البكتيري. يمكن أن يحدث استشعار النصاب داخل نوع بكتيري واحد وكذلك بين أنواع مختلفة ، ويمكن أن ينظم مجموعة من العمليات المختلفة ، في جوهرها ، تعمل كشبكة اتصال بسيطة. يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الجزيئات المختلفة كإشارات. الفئات الشائعة لجزيئات الإشارة هي الببتيدات في البكتيريا موجبة الجرام ، N-Acyl Homoserine Lactones (AHL) في البكتيريا سالبة الجرام ، وعائلة من المحرضات الذاتية المعروفة باسم autoinducer-2 (AI-2) في كل من سالبة الجرام وغرام- البكتيريا الإيجابية.

البكتيريا التي تستخدم استشعار النصاب تنتج وتفرز بشكل أساسي جزيئات تأشير معينة (تسمى المحرضات الذاتية أو الفيرومونات). تحتوي هذه البكتيريا أيضًا على مستقبل يمكنه تحديد جزيء الإشارة (المحرض). عندما يربط المحرض المستقبل ، فإنه ينشط نسخ جينات معينة ، بما في ذلك تلك الخاصة بتوليف المحرض. هناك احتمالية منخفضة لبكتيريا تكتشف محفزها المفرز. وبالتالي ، من أجل تنشيط النسخ الجيني ، يجب أن تواجه الخلية جزيئات إشارات تفرزها خلايا أخرى في بيئتها. عندما يكون هناك عدد قليل من البكتيريا الأخرى من نفس النوع في الجوار ، فإن الانتشار يقلل من تركيز المحفز في الوسط المحيط إلى الصفر تقريبًا ، لذلك تنتج البكتيريا محفزًا ضئيلًا. ومع ذلك ، مع نمو السكان ، يتجاوز تركيز المحرض عتبة ، مما يؤدي إلى تصنيع المزيد من المحفز. هذا يشكل حلقة تغذية مرتدة إيجابية ، ويتم تنشيط المستقبل بالكامل. يؤدي تنشيط المستقبل إلى تنظيم جينات معينة أخرى ، مما يتسبب في بدء النسخ في جميع الخلايا في نفس الوقت تقريبًا. يمكن أن يكون هذا السلوك المنسق للخلايا البكتيرية مفيدًا في مجموعة متنوعة من المواقف. على سبيل المثال ، luciferase الضيائية الحيوية التي تنتجها فيبريوفيشيري لن يكون مرئيًا إذا تم إنتاجه بواسطة خلية واحدة. باستخدام استشعار النصاب للحد من إنتاج لوسيفيراز في المواقف التي تكون فيها مجموعات الخلايا كبيرة ، تكون خلايا V. fischeri قادرة على تجنب إهدار الطاقة على إنتاج منتج عديم الفائدة.

نُشرت الهياكل ثلاثية الأبعاد للبروتينات المشاركة في استشعار النصاب لأول مرة في عام 2001 ، عندما تم تحديد الهياكل البلورية لثلاثة أطباء تقويم العظام من خلال التصوير البلوري بالأشعة السينية. في عام 2002 ، تم تحديد التركيب البلوري للمستقبل LuxP لـ Vibrio harveyi مع محفزه AI-2 (وهو أحد الجزيئات الحيوية القليلة التي تحتوي على البورون) المرتبط به أيضًا. العديد من الأنواع البكتيرية ، بما في ذلك الإشريكية القولونية ، وهي بكتيريا معوية وكائن نموذج للبكتيريا سالبة الجرام ، تنتج AI-2. وجد تحليل مقارن للجينوم والتطور لـ 138 جينومًا من البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى أن "إنزيم LuxS المطلوب لتخليق AI-2 منتشر في البكتيريا ، في حين أن بروتين الربط المحيط بالبلازما LuxP موجود فقط في سلالات Vibrio" ، مما يؤدي إلى استنتاج مفاده أن "الكائنات الحية الأخرى قد تستخدم مكونات مختلفة عن نظام نقل الإشارة AI-2 لسلالات Vibrio لاستشعار إشارة AI-2 أو أنها لا تمتلك نظام استشعار النصاب على الإطلاق. يمكن أن تنتج بكتيريا معينة إنزيمات تسمى اللاكتونازات التي يمكن أن تستهدف وتبطل نشاط AHL.