Wissenschaftler belauschen auf Bakterien Gespräch
Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.
Bonnie Bassler verbringt ihre Tage Bakterien mit einander reden hören, und was sie belauscht hat, mag Sie überraschen.
Es stellt sich heraus, dass diese winzige Einzeller namentliche einnehmen. Jede geflüsterte Unterhaltung ist ein Versuch zu zählen, wie viele ihrer eigenen Art vorhanden, bevor sie versuchen, einen Angriff auf ihren Wirtsorganismus zu montieren, die Ihren Körper sehr gut sein könnte.
Bassler es erklärt: "Bakterien sind zu klein, um auswirken auf die Umwelt, wenn sie einfach nur als Individuen agieren." Was ihnen fehlt in der Größe, wettmachen, sie in Zahlen. Während jede unseres Körpers über 1 Billion unserer eigenen Zellen enthält, spielen wir auch Gastgeber für 10 Billionen Bakterienzellen mit Wohnsitz auf unserer Haut oder innerhalb unserer Organe.
Während nicht alle diese Bakterien schlecht für uns sind, einige sind Eindringlinge, die uns Schaden bedeuten, und wenn die Zahl der, sagen wir, Cholera-Bakterien auf einen bestimmten kritischen Wert erhöhen, aufpassen – diejenigen flüsterte Gespräche können in einem koordinierten Angriff verwandeln, als die Masse des Cholera-Bakterien beginnen, Toxin auf einmal freizugeben.
Bakterien kommunizieren über eine chemische Sprache, Freisetzung von kleinen Molekülen in das umgebende Medium, das über Rezeptoren auf der Oberfläche von anderen bakteriellen Zellen erkannt werden können. Wenn eine kritische Anzahl von Signalmoleküle erreicht ist, weiß jedes einzelne Bakterium, dass genug von seinen Freunden jetzt in der Nähe, in Aktion zu starten. Dieser Prozess wird als Quorum sensing bezeichnet.
Bassler die Arbeit in der bakteriellen Kommunikation wuchs von ihr Interesse bei der Bestimmung, wie Informationen zwischen den Zellen in unserem eigenen Körper fließt. "Wenn wir die Regeln oder Paradigmen zur Regelung des Prozesses in Bakterien verstehen kann," sagte sie, "was wir lernen könnte gelten in höheren Organismen."
Während Quorum sensing von virulenten Bakterien verwendet wird, um ihre Wirte infizieren, wird es auch von anderen Mikroben mehr gutartigen koordinierte Maßnahmen verwendet. Ein anschauliches Beispiel tritt in der Hawaiian Bobtail Squid, die in der Nacht beim produzieren Licht mit seinem eigenen Körper jagt. Das Licht wird tatsächlich erzeugt, nicht durch den Tintenfisch, sondern durch eine Masse von Biolumineszenz, marine Mikroorganismen bekannt als Vibrio Fischeri , den Tintenfisch in seinem Körper trägt.
Jedes Bakterium v. Fischeri produzieren Licht auf seine eigene, aber der Schein wäre so schwach, nicht nachweisbar, so dass seine Licht-produzierenden Maschinen die Mikrobe herunterfährt, wenn nur eine kleine Anzahl von Bakterien vorhanden sind. Auf diese Weise reservieren es seinen Geschäften der Licht erzeugenden Moleküle bis seine Brüder in ausreichender Zahl vorhanden sein um eine helle, sichtbares Licht zu machen.
Der Tintenfisch-Paket von Licht erzeugenden Bakterien wachsen und sich teilen im Laufe des Tages, Multiplikation innerhalb der Tintenfisch Körper und sendet chemische Signale hin und wieder zu einer Volkszählung. Nur über die Zeit Einbruch der Nacht auftritt, die Bevölkerung erreicht eine signifikante genug Größe, dass leichte Gesamtproduktion nachweisbar wäre. Wenn dieser Punkt erreicht ist, die Bevölkerung von v. Fischeri Bakterien gleichzeitig schaltet sein Licht erzeugenden Apparat und der glühenden Tintenfisch schwimmt Weg um seine Jagd zu beginnen.
Da virulente Mikroben, wie das Bakterium Vibrio Cholerae , das Ursachen der Krankheit Cholera beruhen auf Quorum sensing, um ihren Angriff auf unseren Körper zu koordinieren, hilft Basslers Arbeit Wissenschaftlern neue Arten von Antibiotika zu entwickeln.
Die neuen Medikamente funktionieren würde, indem Sie entweder die Freigabe des Kollegiums signalisieren Molekül blockieren oder indem man sich seine Rezeptoren – in anderen Worten, blockiert die Fähigkeit der Bakterien zu sprechen oder zu hören. Auf diese Weise wissen die Bakterien nie, wenn genug von ihrer Zahl vorhanden sind, um Toxin, release, so Infektion vermieden wird.
Diese Methode der bakteriellen Kommunikation stören wäre eine ganze neue Klasse von Antibiotika, die Hilfe im Umgang mit Antibiotika-resistenten Stämme sein könnten, die in den letzten Jahren entwickelt haben.
Neben schlechte Bakterien wie z. B. v. Choleraestoppen, Bassler legt nahe, dass ihre Erkenntnisse über Quorum sensing die Aktion des guten verbessern könnten Bakterien in unserem Körper, wie die in unserem Darm, die uns helfen, Nahrung zu verdauen. Sie glaubt auch, dass Verständnis der Mechanismen, durch die Bakterien kommunizieren dazu führen kann, sogar mehr Tiefe Einblicke, wie z. B. ermitteln, wie die breite Palette von Zellen in unserem Körper funktioniert als integriertes Ganzes.
Unsere Zellen verwenden einen Kommunikationsmechanismus, der Quorum sensing ähnelt. Einige der Zellen des Körpers lösen chemische Signale, wie z.B. Hormone oder Neurotransmitter, die durch andere Arten von Zellen über einen Prozess auffallend ähnlich dem verwendet von Quorum-sensing-Bakterien detektiert werden. Diese chemische Kommunikation, in der Tat dient von unseren Zellen halten sie organisiert – sehen wir nie Herz Zellen immer verwirrt und benimmt sich wie Hautzellen oder Nierenzellen, zum Beispiel.
Und es ist der geringste Organismen, Bakterien – verdanken wir vielen Dank für diese komplexe Symphonie der chemischen Signale, die unsere Körperzellen sortiert, und an ihrem Platz zu halten. Unser Körper funktioniert als ein integriertes Ganzes dank eines einfachen chemischen Kommunikation entwickelt vor langer Zeit von den winzigen Kreaturen aus einem einfachen Grund: Nasen zählen und sehen, wie viele ihrer Freunde gab.
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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.