Miksobaktērijas (gļotu baktērijas): bioloģija, uzvedība un nozīme
Miksobaktērijas (gļotu baktērijas): dziļa bioloģijas, uzvedības un ekoloģiskās nozīmes analīze — grupu pārvietošanās, barošanās stratēģijas un milzīgs genoms.
Miksobaktērijas ("gļotu baktērijas") ir grupa ar interesantu bioloģiju un sarežģītu uzvedību. Tās tiek dēvētas par baktēriju sugu kopu, kuras bieži sastopamas augsnē un uz organiskām virsmām, piemēram, koksnes vai lapu sabrukumos. Parasti tās dzīvo augsnē, kur barojas ar citu mikroorganismu atliekām un nešķīstošām organiskajām vielām. Salīdzinājumā ar daudzām citām baktērijām tām ir īpaši liels genoms, kas satur daudz gēnu, kas saistīti ar kolektīvu uzvedību, signālu apmaiņu un ražošanu no jauniem savienojumiem.
Taksonomija un ģenētika
Vēsturiski miksobaktērijas tika klasificētas kā delta grupa proteobaktēriju klases pārstāvji — daļa no plašās gramnegatīvo baktēriju grupas. Tomēr mūsdienu filogenētiskie pētījumi ir precizējuši to vietu baktēriju koka shēmā, un daļa sugu tiek izdalītas atsevišķākās taksonomiskajās vienībās. Lielais genoms ļauj miksobaktērijām kodēt plašu regulatoru, saišu un biosintēzes ceļu klāstu, kas nepieciešams sarežģītai kolektīvai uzvedībai un dabiskiem produktiem ražošanai.
Uzvedība un motilitāte
Miksobaktērijas pārvietojas, slīdot pa virsmu, izmantojot specializētas glidošanas mehāniskas. Tās demonstrē divu veidu motilitāti: individuālu "A" (adventurous) motilitāti un kolektīvu "S" (social) motilitāti, kur S‑motilitāte bieži saistīta ar type IV pili (caurulīšu) darbību. Kustības ļauj tām veidot plūstošas kolonijas jeb "rājus", kas kustas kā vienots kolektīvs.
Šādas kopīgas kustības laikā rāji savā starpā kooperējas: rāji baros ar daudzām šūnām, ko kopā tur starpšūnu molekulārie signāli. Šie signāli regulē gan barošanās uzvedību, gan attīstības procesu aktivizāciju, ja barības avoti izsīkst.
Rājošana, barošana un gremošana
Miksobaktēriju rāji izdala kopā enzīmus un citus šķīdinātājus, lai ārpus šūnas sagremotu citu mikroorganismu biomateriālu. Rādi izdala enzīmus, kas sadala lielas organiskās molekulas mazākos komponentos, ko šūnas var uzņemt. Šī kolektīvā ārpusšūnas gremošana palielina barošanās efektivitāti un ļauj rājiem iznīcināt un pat sapurināt lielākas, citādi aizsargātas, prejas baktērijas.
Attīstība un augļu ķermeņi
Kad barības avoti kļūst ierobežoti, miksobaktēriju koloniālais dzīvesveids noved pie sarežģītas attīstības programmas: simtiem tūkstošu šūnu sakārtojas un veido augļu ķermeņus (fruiting bodies). Šajos struktūru centros daļa šūnu diferencējas par izturīgām sporu formām — myxosporām —, kas iztur sausumu un nepietiekamu barību un var vēlāk atkal germinēt, kad apstākļi uzlabojas.
Fizioloģija un signālu sistēmas
Miksobaktērijām ir sarežģītas starpšūnu komunikācijas sistēmas: A‑signāli, C‑signāli un citas molekulas, kas nodrošina laika un telpisku koordināciju attīstībā, motilitātē un barošanās stratēģijā. Tās izmanto arī ārpusšūnas pūsliņas (outer membrane vesicles) un rūpīgi regulētu eksoenzīmu izdalīšanu, lai kontrolētu vidi ap koloniju.
Ekoloģiskā un biotehnoloģiskā nozīme
Miksobaktērijas ir svarīgas augsnes ekosistēmās: tās palīdz sadalīt sarežģītus organiskos savienojumus, ietekmē mikrobu kopienu struktūru un piedalās barības vielu ciklos. Tās arī ražo plašu spektru sekundāro metabolītu — antibakteriālas un citreiz pretvēža aktivitātes vielas —, tādēļ tās ir interesantas antibiotiku un citu bioaktīvu savienojumu meklēšanā. Modelorganisms Myxococcus xanthus tiek plaši pētīts, lai saprastu sociālo uzvedību, diferenciāciju un šūnu komunikāciju.
Praktiski piemēri un pētījumi
Laboratoriskie pētījumi atklājuši daudz par ģenētiku, kustības mehānismiem un signālu tīklu sarežģītību miksobaktērijām. To lielie genomu izmēri un bagātīgais gēnu komplekss nodrošina rīkus, kas ļauj izpētīt šūnu diferenciāciju, sekrēciju sistēmas, kā arī biosintēzes ceļus unikālu dabīgu produktu ražošanai.
Kopumā miksobaktērijas ir piemērs tam, cik sarežģīta un kooperatīva var būt baktēriju uzvedība — tās apvieno individuālo šūnu fizioloģiju ar kolektīvu uzvedību, radot struktūras un uzvedības stratēģijas, kas līdzīgas daudzšūnu organismu procesiem.
Dzīves cikls
Ja barības vielu trūkst, miksobaktēriju šūnas apvienojas augļķermeņos. Šiem augļķermeņiem atkarībā no sugas ir dažādas formas un krāsas.
Augļķermeņu iekšpusē šūnas attīstās par noapaļotām mikosporām ar biezām šūnu sieniņām. Šīs mikosporas, līdzīgi kā citu organismu sporas, izdzīvo, līdz barības vielu ir vairāk. Tad šūnu augšana atsākas no jauna, veidojot ne tikai izolētas šūnas, bet gan miksobaktēriju grupu (roju). Līdzīgi dzīves cikli ir izveidojušies amebām, ko sauc par šūnu gļotādām.
Izmanto
Miksobaktērijas ražo vairākas biomedicīnā un rūpniecībā noderīgas ķīmiskās vielas, piemēram, antibiotikas, un eksportē tās ārpus šūnas. Dažas myxobacteria izmanto kā modeļorganismus attīstības izpētei. Molekulārā līmenī augļķermeņu attīstības uzsākšanu regulē Pxr sRNA.
Meklēt