Paenibacillus vortex - Википедия - Paenibacillus vortex

Paenibacillus vortex
Paenibacillus рис 1.tif
Рисунок 1: Организация колонии П. вихрь бактерий при выращивании на пептоне 15 г / л и 2,25% (мас. / об.) агаре в течение четырех дней. Ярко-желтые точки - это вихри. Колонии выращивали в чашке Петри размером 8,8 см и окрашивали красителями Кумасси (бриллиантовый синий). Цвета были инвертированы, чтобы подчеркнуть более высокую плотность с использованием более ярких оттенков желтого.
Научная классификация
Домен:
Бактерии
Тип:
Фирмикуты
Учебный класс:
Бациллы
Заказ:
Бациллы
Семья:
Paenibacillaceae
Род:
Paenibacillus
Биномиальное имя
Paenibacillus vortex
Синонимы
Bacillus vortex
Эш и др. 1994 г.

Paenibacillus vortex это разновидность формирования рисунка бактерии, впервые обнаруженные в начале 1990-х годов Эшель Бен-Джейкоб группа в Тель-авивский университет.[1] Это социальный микроорганизм что формирует колонии со сложной и динамичной архитектурой. П. вихрь в основном встречается в гетерогенных и сложных средах, таких как ризосфера, почвенный регион напрямую зависит от корней растений.

В род Paenibacillus включает факультативно анаэробные, эндоспора -образующие бактерии, изначально входившие в этот род Бациллы а затем реклассифицирован в отдельный род в 1993 году.[2] Бактерии этого рода были обнаружены в различных средах, таких как: почва, вода, растительные вещества, корм и насекомое личинки, а также клинические образцы.[3][4][5][6] Paenibacillus виды, в том числе П. вихрь, производят внеклеточные ферменты, которые катализируют различные синтетические реакции в промышленных, сельскохозяйственных и медицинских применениях.[7][8][9] Разные Paenibacillus виды также производят антимикробные вещества, которые могут воздействовать на такие микроорганизмы, как грибы, в дополнение к патогенным бактериям почвы и растений.[10][11][12]

Социальная подвижность

Paenibacillus vortex обладает развитой социальной подвижностью, использующей привлекательные и отталкивающие хемотаксические сигналы и физические связи между клетками. При выращивании на мягких поверхностях (например, на агаре) коллективная подвижность отражается в формировании скоплений кормящихся.[13] которые действуют как оружие, отправленное на поиски еды. Эти стаи не любят пересекать след друг друга и коллективно меняют направление, когда ощущают пищу. «Рой разум» П. вихрь, дополнительно отмечается тот факт, что стаи могут даже разделиться и воссоединиться при обнаружении разбросанных участков питательных веществ.[13]

Формирование паттернов и социальное поведение

альтернативный текст
фигура 2: Сканирующий электронный микроскоп (SEM) наблюдение за П. вихрь иллюстрирующий типичное расположение бактерий в центре вихря. Примечательно, что каждая отдельная бактерия изогнута. Масштабная линейка составляет 5 мкм.

П. вихрь является социальным микроорганизмом: при выращивании в условиях роста, имитирующих естественную среду, такую ​​как твердые поверхности, он образует колонии из 109-1012 клеток с удивительно сложной и динамичной архитектурой (рис. 1).[1][14][15] Будучи частью большого кооператива, бактерии могут лучше конкурировать за пищевые ресурсы и быть защищены от антибактериальных атак.[13][14] В лабораторных условиях, как и другие социальные бактерии, П. вихрь Колонии ведут себя так же, как многоклеточный организм, с дифференцировкой клеток и распределением задач.[16][17][18][19] П. вихрь отличается своей способностью генерировать особые скопления плотных бактерий, которые выталкиваются отталкивающими хемотаксическими сигналами, посылаемыми от клеток сзади.[15][20][21][22][23][24] Эти вращающиеся агрегаты, называемые вихрями (рис. 2), прокладывают путь для расширения колонии. Вихри служат строительными блоками колоний с особой модульной организацией (рис. 1). Выполнение таких сложных совместных предприятий требует сложной связи между ячейками,[14][19][25][26][27] включая семантические и прагматические аспекты лингвистики.[19] Общаясь друг с другом с помощью различных химических сигналов, бактерии обмениваются информацией, касающейся размера популяции, множества индивидуальных измерений окружающей среды в разных местах, их внутреннего состояния и своих фенотипических и эпигенетических изменений. Бактерии коллективно ощущают окружающую среду и выполняют распределенную обработку информации для сбора и оценки соответствующей информации.[14][19][28] Затем информация используется бактериями для изменения формы колонии при перераспределении задач и эпигенетической дифференциации клеток, для коллективного принятия решений и для включения и выключения механизмов защиты и нападения, необходимых для процветания в конкурентной среде, способностей, которые можно воспринимать как социальный интеллект. бактерий.[19]

Типичный образец колоний, создаваемый P. vortex при выращивании на агаре 2,25% (мас. / Об.) С 2% (мас. / Об.) Пептона в чашке Петри диаметром 9 см.

Последовательность генома Paenibacillus vortex

Последовательность генома П. вихрь [29] теперь доступен [GenBank: ADHJ00000000 ). Геном секвенировали с помощью гибридного подхода с использованием 454 Life Sciences и Illumina, в результате чего было достигнуто 289-кратное покрытие при 99,8% идентичности последовательностей между двумя методами. Результаты секвенирования были подтверждены с использованием специально разработанного чипа экспрессии микрочипов Agilent, представленного в EMBL-EBI [ArrayExpress: E-MEXP-3019 которые представляли кодирующую и некодирующую области. Анализ П. вихрь геном выявил 6437 открытых рамок считывания (ORF) и 73 гена некодирующих РНК. Анализ также показал П. вихрь потенциал для производства большого количества ферментов и протеаз, а также большого количества противомикробных веществ, которые влияют на широкий спектр микроорганизмов. Обладание этими передовыми стратегиями защиты и нападения делает Paenibacillus vortex как богатый источник полезных генов для применения в сельском хозяйстве, медицине, промышленности и биотопливе.

Сравнительная геномика и оценка социального IQ

Сравнительный геномный анализ показал, что бактерии, успешно работающие в гетерогенной и конкурентной среде, часто содержат обширные сети передачи сигналов и регуляции.[30][31][32] Подробный сравнительный геномный анализ с набором данных из 500 полных бактериальных геномов показал, что П. вихрь имеет третье место по количеству генов передачи сигнала, немного меньше двух других Paenibacillus разновидность, Paenibacillus sp. JDR-2 и Paenibacillus sp. Y412MC10.[29] Сравнительный геномный анализ далее показал, что эти три Paenibacillus виды также имеют наивысший балл «Social-IQ» среди всех 500 секвенированных бактерий, что на 3 стандартных отклонения выше среднего. Оценка основана на количестве генов, которые обеспечивают способность бактерий передавать и обрабатывать информацию об окружающей среде (двухкомпонентные гены и гены факторов транскрипции), принимать решения и синтезировать наступательные (токсичные) и защитные (нейтрализующие) агенты по мере необходимости во время химической обработки. война с другими микроорганизмами.[29] Определенный таким образом, Социальный IQ Оценка обеспечивает меру способности генома к социальному интеллекту, следовательно, помогает реализовать социальный интеллект бактерий.

Рекомендации

  1. ^ а б Бен-Джейкоб Э, Шочет О, Тененбаум А, Авидан О (1995). Cladis PE, Palffy-Muhorey P. (ред.). «Эволюция сложности при росте бактериальных колоний». Семинар НАТО по перспективным исследованиям. Санта-Фе, США: издательство Addison-Wesley Publishing Company: 619–633.
  2. ^ Эш С., Прист Ф.Г., Коллинз, доктор медицины: Молекулярная идентификация бацилл группы 3 рРНК (Эш, Фэрроу, Уолбенкс и Коллинз) с использованием теста ПЦР. Предложение о создании нового рода Paenibacillus. Антони Ван Левенгук 1993, 64: 253-260.
  3. ^ Лал, Садхана; Табачьони, Сильвия (2009). «Экология и биотехнологический потенциал Paenibacillus polymyxa: мини-обзор». Индийский журнал микробиологии. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 49 (1): 2–10. Дои:10.1007 / s12088-009-0008-y. ISSN  0046-8991. ЧВК  3450047. PMID  23100748.
  4. ^ Макспадден Гарденер, Брайан Б. (2004). «Экология Bacillus и Paenibacillus spp. В сельскохозяйственных системах». Фитопатология. Научные общества. 94 (11): 1252–1258. Дои:10.1094 / фито.2004.94.11.1252. ISSN  0031-949X. PMID  18944463.
  5. ^ Монтес, М. Дж. (1 сентября 2004 г.). «Paenibacillus antarcticus sp. Nov., Новый психротолерантный организм из окружающей среды Антарктики». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. Общество микробиологов. 54 (5): 1521–1526. Дои:10.1099 / ijs.0.63078-0. ISSN  1466-5026. PMID  15388704.
  6. ^ Оуян Дж., Пей З., Лютвик Л., Далал С., Ян Л., Кассай Н., Сандху К., Ханна Б., Вичорек Р. Л., Блут М., Пинкус М.Р.: История болезни: Paenibacillus thiaminolyticus: новая причина инфицирования человека, вызывающая бактериемию у пациента, находящегося на гемодиализе. Энн Clin Lab Sci 2008, 38: 393-400.
  7. ^ Konishi, J .; Марухаши, К. (01.09.2003). «2- (2'-гидроксифенил) бензолсульфинатдесульфиназа из термофильной десульфурирующей бактерии Paenibacillus sp. Штамм A11-2: очистка и характеристика». Прикладная микробиология и биотехнология. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 62 (4): 356–361. Дои:10.1007 / s00253-003-1331-6. ISSN  0175-7598. PMID  12743754.
  8. ^ Раза В., Ян В., Шен QR: Paenibacillus polymyxa: Антибиотики, гидролитические ферменты и оценка опасности. Дж. Плант Патол 2008, 90: 419-430.
  9. ^ Watanapokasin RY, Boonyakamol A, Sukseree S, Krajarng A, Sophonnithiprasert T, Kanso S, Imai T: Производство водорода и анаэробное обесцвечивание сточных вод, содержащих реактивный синий 4, с помощью бактериального консорциума Salmonella subterranea и Paenibacillus polymyxa. Биодеградация 2009, 20: 411-418.
  10. ^ Dijksterhuis J, Sanders M, Gorris LG, Smid EJ: Антибиоз играет роль в контексте прямого взаимодействия во время антагонизма Paenibacillus polymyxa в сторону Fusarium oxysporum. J Appl Microbiol 1999, 86: 13-21.
  11. ^ Girardin H, Albagnac C, Dargaignaratz C, Nguyen-The C, Carlin F: антимикробная активность пищевых продуктов Paenibacillus и Бациллы виды против Clostridium botulinum. J Food Prot 2002, 65: 806-813.
  12. ^ фон дер Вейд I, Альвиано Д.С., Сантос А.Л., Соарес Р.М., Альвиано С.С., Селдин Л.: Антимикробная активность Paenibacillus peoriae штамм NRRL BD-62 против широкого спектра фитопатогенных бактерий и грибов. J Appl Microbiol 2003, 95: 1143-1151.
  13. ^ а б c Ingham CJ, Ben-Jacob E: Рой и формирование сложных структур в Paenibacillus vortex изучены путем визуализации и отслеживания клеток. BMC Microbiol 2008, 8:36.
  14. ^ а б c d Бен-Джейкоб Э .: Самоорганизация бактерий: совместное усиление комплексообразования и приспособляемости в динамической среде. Фил Trans R Soc Lond A 2003, 361: 1283-1312.
  15. ^ а б Бен-Джейкоб Э., Коэн И., Гутник Д.Л.: Совместная организация бактериальных колоний: от генотипа к морфотипу. Анну Рев Микробиол 1998, 52: 779-806.
  16. ^ Агилар Ч., Вламакис Х., Лосик Р., Колтер Р. Думая о Bacillus subtilis как о многоклеточном организме. Curr Opin Microbiol 2007, 10: 638-643.
  17. ^ Данни Г.М., Брикман Т.Дж., Дворкин М.: Многоклеточное поведение бактерий: общение, сотрудничество, конкуренция и обман. Bioessays 2008, 30: 296-298.
  18. ^ Шапиро Ж.А., Дворкин М.: Бактерии как многоклеточные организмы. 1-е изд .: Oxford University Press, США; 1997 г.
  19. ^ а б c d е Бен-Джейкоб E, Беккер I, Шапира Y, Левин H: Бактериальная лингвистическая коммуникация и социальный интеллект. Trends Microbiol 2004, 12: 366-372.
  20. ^ Бен-Джейкоб Э .: От образования снежинок до роста бактериальных колоний II: Совместное формирование сложных колониальных структур. Contem Phys 1997, 38: 205 - 241.
  21. ^ Бен-Джейкоб Э, Коэн I: Совместное формирование бактериальных паттернов. У бактерий как многоклеточных организмов под редакцией Шапиро Ж.А., Дворкин М. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета; 1997: 394-416
  22. ^ Бен-Якоб Э., Коэн И., Цирок А., Вичек Т., Гутник Д.Л.: Хемомодуляция клеточного движения, коллективное образование вихрей роением бактерий и колониальное развитие. Physica A 1997, 238: 181-197.
  23. ^ Коэн I, Czirok A, Ben-Jacob E: Адаптивная самоорганизация на основе хемотактики во время колониального развития. Physica A 1996, 233: 678-698.
  24. ^ Чирок, Андраш; Бен-Джейкоб, Эшель; Коэн, Инон; Вичек, Тамаш (1996-08-01). «Формирование сложных бактериальных колоний посредством самогенерируемых вихрей». Физический обзор E. Американское физическое общество (APS). 54 (2): 1791–1801. Bibcode:1996PhRvE..54.1791C. Дои:10.1103 / Physreve.54.1791. ISSN  1063-651X. PMID  9965259.
  25. ^ Басслер Б.Л., Лосик Р: Говоря бактериологически. Cell 2006, 125: 237-246.
  26. ^ Бишофс И.Б., Хуг Дж.А., Лю А.В., Вольф Д.М., Аркин А.П.: Сложность взаимодействия бактериальных клеток с клетками: интеграция сигналов кворума и передача сигналов субпопуляции в фосфореле Bacillus subtilis. Proc Natl Acad Sci U S A 2009, 106: 6459-6464.
  27. ^ Колтер Р., Гринберг Е.П.: Микробиологические науки: поверхностная жизнь микробов. Nature 2006, 441: 300-302.
  28. ^ Dwyer DJ, Kohanski MA, Collins JJ: Сетевые возможности для бактерий. Cell 2008, 135: 1153-1156.
  29. ^ а б c Сирота-Мади А., Олендер Т., Хельман Ю., Ингам С., Брейнис I, Рот Д., Хаги Е., Бродский Л., Лешковиц Д., Галатенко В. и др.: Геномная последовательность формирования паттерна Paenibacillus vortex Бактерия обнаруживает потенциал для процветания в сложных условиях. BMC Genomics, 11: 710.
  30. ^ Алон У.: Введение в системную биологию: принципы проектирования биологических цепей. Лондон, Великобритания: CRC Press; 2006 г.
  31. ^ Гальперин М.Ю., Гомельский М. Модули передачи бактериального сигнала: от геномики к биологии. Новости ASM 2005, 71: 326-333.
  32. ^ Whitworth DE, Cock PJ: Двухкомпонентные системы миксобактерий: структура, разнообразие и эволюционные отношения. Microbiology 2008, 154: 360-372.

внешняя ссылка