Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Биостаз или криптобиоз - это способность организма переносить изменения окружающей среды без необходимости активно адаптироваться к ним. Биостаз обнаруживается у организмов, которые живут в местах обитания, которые, вероятно, сталкиваются с неблагоприятными условиями жизни, такими как засуха, низкие температуры, изменение уровня pH, давления или температуры. Чтобы выжить в этих условиях, насекомые претерпевают период покоя, который называется диапаузой . Диапауза может быть обязательной для выживания этих насекомых. Насекомое также может претерпевать изменения до наступления исходного события. [1]

Микроорганизмы [ править ]

Биостаз в этом контексте также является синонимом жизнеспособного, но некультивируемого состояния . В прошлом [ когда? ]когда бактерии перестали расти на питательной среде, предполагалось, что они мертвы. Теперь мы можем понять, что во многих случаях клетки бактерий могут перейти в состояние биостаза или приостановки жизнедеятельности, перестать расти в среде и после реанимации снова становятся культивированными. Состояние VBNC отличается от «состояния выживания при голодании» (когда клетка просто значительно снижает метаболизм). Клетки бактерий могут переходить в состояние VBNC в результате некоторых внешних факторов стресса, таких как «голодание, инкубация за пределами температурного диапазона роста, повышенные осмотические концентрации (морская вода), концентрация кислорода или воздействие белого света» (9). Любой из этих случаев может очень легко означать смерть бактерии, если она не сможет войти в это состояние покоя.Также было замечено, что в некоторых случаях считалось, что бактерии были уничтожены (пастеризация молока), а затем вызывали порчу или вредные последствия для потребителей, поскольку бактерии перешли в состояние VBNC.

Воздействие на клетки, входящие в состояние VBNC, включает «затмение, изменение метаболической активности, снижение транспорта питательных веществ, скорости дыхания и синтеза макромолекул». (9) Тем не менее, биосинтез продолжается, и производятся шоковые белки. Что наиболее важно, наблюдалось, что уровни и генерация АТФ остаются высокими, что полностью противоречит умирающим клеткам, которые показывают быстрое снижение генерации и удержания. Также наблюдались изменения клеточных стенок бактерий в состоянии VBNC. В E.coli в пептидогликане наблюдалось большое количество поперечных сшивок. Также было обнаружено, что автолитическая способность клеток VBNC была намного выше, чем у тех, которые находились в состоянии роста.

Намного легче вызвать бактерии в состояние VBNC, и как только клетки бактерий перешли в состояние VBNC, очень трудно вернуть их в состояние, пригодное для культивирования. «Они исследовали невосприимчивость и реанимацию Legionella Pneumophila, и хотя вход в это состояние был легко вызван недостатком питательных веществ, реанимация могла быть продемонстрирована только после совместной инкубации клеток VBNC с амебой, Acanthamoeba Castellani » (9)

Фунгистаз или микостаз - естественное состояние VBNC (жизнеспособное, но некультивируемое), обнаруживаемое у грибов в почве. Уотсон и Форд определили фунгистаз как «когда жизнеспособные ростки грибов, которые не подвержены эндогенному или конститутивному покою, не прорастают в почве при их благоприятных температурных или влажностных условиях, либо рост грибных гиф замедляется или прекращается из-за условий почвенной среды, отличных от температура или влажность ". (10). По существу (и в основном наблюдаемые в природе в почве) было обнаружено, что несколько типов грибов переходят в состояние VBNC в результате воздействия внешних факторов стресса (температура, доступные питательные вещества, доступность кислорода и т. Д.) Или отсутствия наблюдаемых факторов стресса вообще.

Текущее исследование [ править ]

1 марта 2018 года Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) объявило о своей новой программе биостазиса под руководством доктора Тристана МакКлюр-Бегли. Целью программы биостазиса является разработка новых возможностей продления золотого часа у пациентов, получивших травматическое повреждение, путем замедления человеческого тела на клеточном уровне, удовлетворяя потребность в дополнительном времени в постоянно действующих биологических системах, столкнувшихся с катастрофической жизнью. -угрожающие события. Используя молекулярную биологию, программа стремится контролировать скорость, с которой работают живые системы, и найти способ «замедлить жизнь, чтобы спасти жизнь». [2]

20 марта 2018 года команда Biostasis провела вебинар, на котором, наряду с объявлением широкого агентства (BAA), были запрошены предложения о проведении пятилетних исследований от сторонних организаций. Полные предложения должны были быть представлены 22 мая 2018 г. [3]

Возможные подходы [ править ]

В своем вебинаре , DARPA изложил ряд возможных исследовательских подходов для проекта Биостаза. Эти подходы основаны на исследовании диапаузы в тихоходке и древесные лягушках , которые показывают , что избирательная стабилизация внутриклеточного механизма происходит на белковом уровне. [2]

Сопровождение белков [ править ]

В молекулярной биологии молекулярные шапероны - это белки, которые помогают в сворачивании, разворачивании, сборке или разборке других макромолекулярных структур. В типичных условиях молекулярные шапероны способствуют изменению формы ( конформационному изменению ) макромолекул в ответ на изменения таких факторов окружающей среды, как температура , pH и напряжение . Уменьшая конформационную гибкость, ученые могут ограничивать функцию определенных белков. [3] Недавние исследования показали, что белки являются беспорядочными или могут выполнять работу в дополнение к той, для выполнения которой они эволюционировали. [4]Кроме того, неразборчивость белков играет ключевую роль в адаптации видов к новой среде. [4] Не исключено, что поиск способа контроля конформационных изменений в беспорядочных белках может позволить ученым вызвать биостаз в живых организмах. [3]

Внутриклеточное скопление [ править ]

Перенаселенность клеток - важнейший аспект биологических систем. [5] Внутриклеточная скученность относится к тому факту, что функция белка и взаимодействие с водой ограничиваются, когда внутренняя часть клетки переполнена. [3] Внутриклеточные органеллы представляют собой либо мембраносвязанные везикулы, либо безмембранные компартменты, которые разделяют клетку и обеспечивают пространственно-временной контроль биологических реакций. [6] Вводя эти внутриклеточные полимеры в биологическую систему и управляя скученностью клетки, ученые могут замедлить скорость биологических реакций в системе.

Белки, пораженные тихоходками [ править ]

Тихоходки - это микроскопические животные , которые способны впадать в состояние диапаузы и пережить множество стрессовых факторов окружающей среды, включая замораживание и высыхание . [1] Исследования показали, что внутренне неупорядоченные белки в этих организмах могут работать для стабилизации функции клеток и защиты от этих экстремальных стрессовых факторов окружающей среды. [7] Используя пептидную инженерию, возможно, что ученые смогут ввести внутренне неупорядоченные белки в биологические системы более крупных животных организмов. [3]Это может позволить более крупным животным , чтобы войти в состоянии биостаза подобных тихоходок под крайней биологического стресса.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Карен Линдал и Сьюзи Балсер (2 октября 1999 г.). «Факты о тихоходках» . Уэслианский университет штата Иллинойс . Проверено 14 сентября 2016 года .
  2. ^ a b «Замедление биологического времени для продления золотого часа спасающего жизнь лечения» . www.darpa.mil . Проверено 21 мая 2018 .
  3. ^ a b c d e «Быстрая оценка угроз (RTA)» (PDF) . www.darpa.mil . Проверено 21 мая 2018 .
  4. ^ a b Университет Мэсси. «Беспорядочный» белок » . ScienceAlert . Проверено 26 мая 2018 .
  5. ^ «Как внутриклеточное скопление меняет все» . ПРОВОДНОЙ . Проверено 26 мая 2018 .
  6. ^ Brangwynne, Клиффорд П .; Томпа, Питер; Паппу, Рохит В. (2015-11-03). «Полимерная физика внутриклеточных фазовых переходов». Физика природы . 11 (11): 899–904. Bibcode : 2015NatPh..11..899B . DOI : 10.1038 / nphys3532 . ISSN 1745-2473 . 
  7. ^ Бутби, Томас С .; Тапиа, Хьюго; Brozena, Alexandra H .; Пишкевич, Саманта; Smith, Austin E .; Джованнини, Илария; Ребекки, Лорена; Пиелак, Гэри Дж .; Кошланд, Дуг (2017). «Тихоходки используют внутренне неупорядоченные белки, чтобы выжить при обезвоживании» . Молекулярная клетка . 65 (6): 975–984.e5. DOI : 10.1016 / j.molcel.2017.02.018 . ISSN 1097-2765 . PMC 5987194 . PMID 28306513 .   
  • Оливер, Джеймс Д. «Жизнеспособное, но некультивируемое состояние бактерий». Журнал микробиологии 43.1 (2005): 93-100.
  • Фунгистаз и общий биостаз почвы Новый синтез Паолина Гарбева, WH Гера Холб, Аад Дж. Терморшуйзенк, Джордж А. Ковальчука, Витсе де Бур
  • Уотсон, А.Г., Форд, Э.Дж., 1972 г. Почвенный грибок - переоценка. Ежегодный обзор фитопатологии 10, 327.