Diktiostelīdi (Dictyostelium) — šūnu gļotādas: bioloģija, dzīve un pētījumi
Diktiostelīdi ir šūnu gļotādu jeb "sociālo amebu" grupa — mazs, bet bioloģiski ļoti interesants eikariotu organisms. Tie daudz laika pavada kā atsevišķas, patrāpojošas šūnas, kas barojas un dalās, taču, kad apstākļi kļūst nelabvēlīgi, šīs šūnas spēj koordinēties un veidot īslaicīgu daudzšūnu struktūru, kas nodrošina izdzīvošanu un sava veida dzimumdarbību.
Kā atsevišķas amebas tās parasti barojas un dalās. Diktiostelīdi galvenokārt barojas ar augsnes baktērijām, kuras fagocito (apēd). Kad barības krājumi izsīkst, šūnas sāk izdalīt ķīmiskas signālvielas un apvienoties — veidojas kustīga masa, ko latviski bieži sauc par "gliemezi" (slug). Šim gliemezim ir noteikta priekšpuse un aizmugure, tas reaģē uz gaismu un temperatūras gradientiem un var ilgstoši pārvietoties, meklējot labākus apstākļus.
Dzīves cikls un sporokarps
Piemērotos apstākļos gliemezis transformējas par sporokarpu (augļķermeni). Sporokarps sastāv no stublāja (sterilajām šūnām) un no viena vai vairākām sporu bumbiņām augšā. Sporas — neaktīvas šūnas ar stingrām sieniņām — ir izturīgas pret izsīkšanu un nelabvēlīgiem apstākļiem; labvēlīgos apstākļos tās atmostas un atkal kļūst par brīvstaigājošām amebām, kas barojas un dalās. Tādējādi diktiostelīdi vienlaikus demonstrē vienšūnu un daudzšūnu dzīves formas, pārejot no individuālas uz kooperatīvu stadiju.
Šūnu komunikācija un diferenciācija
Diktiostelīdu saliedēšanā būtiska loma ir ķīmiskai signalizācijai — klasiskākais piemērs ir cAMP (ciklisks adenozīna monofosfāts), kas darbojas kā chemoattractant, piesaistot apkārtējās šūnas un organizējot kolektīvu kustību. Spēlējas arī līdzekļi, kas regulē šūnu diferenciāciju pretstadijās: daļa šūnu kļūst par sporām (prespora), citas — par šķēršļiem vai stublāja šūnām (prestalk). Šis diferenciācijas process ir svarīgs modelis, lai izprastu daudzšūnu audu specializāciju un programmētas šūnu nāves mehānismus.
Loma bioloģijas pētījumos
Dictyostelium sugas, īpaši Dictyostelium discoideum, tiek plaši lietotas kā modeļa organisms molekulārajā bioloģijā un ģenētikā. Galvenie pētījumu virzieni ietver:
- šūnu komunikāciju un ķīmotakse (kā šūnas reaģē uz signāliem);
- šūnu diferenciāciju un attīstības regulāciju (kā "lēmumi" sadalīt lomas vairākšūnu struktūrā);
- šūnu kustības mehānismus un aktīna dinamiku (uzvedības modelis migrējošām šūnām);
- fagocitozi, intracelulāro gremošanu un imūnās šūnas funkciju analogus;
- sociālās uzvedības evolūciju — "alianses" un "krāpšanas" piemēri, kad dažādas līnijas sacenšas vai sadarbojas, veidojot kopīgus sporokarpus.
Pētījumi par Dictyostelium ir pieejami tiešsaistē vietnē dictyBase, kas apkopojusi ģenētisko un molekulāro informāciju par šo grupu.
Ekoloģija un izplatība
Diktiostelīdi dzīvo galvenokārt augsnē un humusā, kur tie kontrolē baktēriju populācijas un iesaistās organiskās vielas pārstrādē. Tie ir izplatīti visā pasaulē, īpaši mitrākos un organiskā bagātajos augsnes slāņos. To izplatību un sugu daudzveidību ietekmē barības pieejamība, augsnes tips un klimats.
Kultivēšana un izmantošana laboratorijā
Laboratorijā diktiostelīdus parasti kultivē uz baktērijām barojošiem agariem vai šķidrās barotnēs. Tos var ģenētiski modificēt, izmantot mutantu analīzēs, fluorescences marķēšanā un laika gaitā novērot attīstības procesus mikroskopā. Vieglā apskatāma uzvedība un ātra dzīves cikla maiņa padara tos par praktisku rīku gan izglītībā, gan pamatpētījumos.
Nozīme un secinājumi
Diktiostelīdi sniedz unikālu skatījumu uz pāreju no vienšūnu uz daudzšūnu dzīvi, šūnu komunikāciju un sociālo uzvedību mikroorganismu līmenī. Pētījumi ar šo grupu ir palīdzējuši atklāt fundamentālas šūnu bioloģijas likumsakarības, kas ir pielietojamas plašāk — no attīstības bioloģijas līdz cilvēka slimību izpētei.
Papildu resursi: par konkrētām sugām, laboratorijas metodēm un pētniecības datiem skatīt dictyBase un jaunākos zinātniskos rakstus par Dictyostelium bioloģiju.
Dictyostelium Petri trauciņš
Dictyostelium dzīves cikls
Agregācija Dictyostelium organismā
Amebu agregācija ir atkarīga no signālmolekulas. Viena šūna, kolonijas dibinātāja, sāk izdalīt signālu, reaģējot uz stresu. Citas šūnas signālu konstatē un reaģē divējādi:
- Ameba virzās signāla virzienā.
- Amēba izdala vairāk signāla.
Tā rezultātā signāls tiek pārraidīts caur tuvumā esošo amebu populāciju. Tās pārvietojas uz apgabalu, kurā ir visaugstākā signāla koncentrācija.
Genoms
Viss Dictyostelium discoideum genoms tika publicēts 2005. gadā žurnālā Nature. Haploīdais genoms satur aptuveni 12 500 gēnu sešās hromosomās. Salīdzinājumam: diploīdā cilvēka genomā ir 20 000-25 000 gēnu (pārstāvēti divreiz) 23 hromosomu pāros.
Dzimumvairošanās
Seksuālā attīstība var notikt, ja ameboīdu šūnām trūkst baktēriju barības un tās atrodas tumsā.
Pārošanās sākas ar gametogenezi. Tās laikā veidojas mazas, kustīgas gametas, kas saplūst, veidojot mazu divkodolu šūnu. Pēc tam binukleārās šūnas tilpums palielinās, izveidojot milzu binukleāro šūnu. Augšanas gaitā kodoli uzbriest un pēc tam saplūst, veidojot īstu diploīdu gigantisko zigotas šūnu. Šajā procesā amebām notiek ķīmotaksija pret milzu šūnas virsmu. Gigantiskā šūna zigota norij apkārtējās amebas un tās sagremo. Pēc tam zigota veido makrocistu, kas kādu laiku atrodas miera stāvoklī, pirms notiek dīgšana. Kad makrocista dīgst, tā atbrīvo daudzas haploīdas ameboīdu šūnas.
Klasifikācija
Dictyostelium discoideum pirmo reizi tika atklāts Ziemeļkarolīnas mežā 1935. gadā un sākotnēji tika klasificēts zemāko sēņu kategorijā, bet vēlāk - Protista un Fungi valstībās. Līdz 20. gadsimta 90. gadiem lielākā daļa zinātnieku pieņēma pašreizējo klasifikāciju.
Amoebozoa tagad tiek uzskatīti par atsevišķu valstības līmeņa klīdu, kas ir tuvāk radniecīgi gan dzīvniekiem, gan sēnēm nekā augiem.
Legionella saimniekorganisms
Dictyostelium ir daudzas kopīgas molekulārās iezīmes ar makrofāgiem. Makrofāgi ir cilvēka Legionella saimnieks. D. discoideum citoskeleta sastāvs ir līdzīgs zīdītāju šūnām. Tāpat kā procesi, ko nosaka šie komponenti, piemēram, fagocitoze, membrānu aprite, endocītiskais tranzīts un vezikulu šķirošana. Tāpat kā leikocītiem, arī D. discoideum piemīt ķīmotaksis. Tādējādi D. discoideum ir piemērota modeļsistēma, lai novērotu saimnieka šūnas faktoru ietekmi Legionella infekciju laikā.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir diktiostelidi?
A.: Diktiostelidi ir šūnu gļotādu jeb "sociālo amebu" grupa.
J: Kā diktiostēlijas vairojas?
A: Sarežģītos laikos diktiostelidi apvienojas, lai vairotos kā augļķermeņi, kas izdala sporas ar aizsargājošām sieniņām.
J: Vai diktiostelidi ir vienšūnu vai daudzšūnu organismi?
A: Diktiostelidi ir gan vienšūnas, gan daudzšūnas. Lielu daļu dzīves tie dzīvo kā atsevišķas šūnas, bet pēc tam apvienojas, lai vairotos kā daudzšūnu augļķermenis.
J: Ar ko pārtiek diktiostelīdi?
A: Diktiostelīdi galvenokārt ēd augsnes baktērijas.
Jautājums: Kas notiek, kad diktiostelīdiem beidzas barības krājumi?
A: Kad barības krājumi izsīkst, diktiostelidi apvienojas, veidojot tādu kā gliemežvāku, kas spēj reaģēt uz gaismas un temperatūras atšķirībām un pārvietoties.
J: Kas ir sporokarps?
A: Sporokarps ir augļķermenis, kas satur vienu vai vairākas sporu bumbiņas. Šīs sporas ir neaktīvas šūnas, ko aizsargā stingras šūnu sieniņas, un tās kļūst par jaunām amebām, kad ir pieejama barība.
J: Kā tiek pētīta diktiostēlija?
A: Dictyostelium izmanto kā modeļorganismu molekulārajā bioloģijā un ģenētikā, jo īpaši kā šūnu komunikācijas, diferenciācijas un programmētas šūnu nāves (apoptozes) piemēru. Pētījumi par Dictyostelium ir pieejami tiešsaistē vietnē dictyBase.
