Paenibacillus vortex - это вид образующих узор бактерий , впервые обнаруженный в начале 1990-х годов группой Эшеля Бен-Якоба в Тель-Авивском университете . [1] Это социальный микроорганизм, который образует колонии со сложной и динамичной архитектурой. P. vortex в основном встречается в неоднородных и сложных средах, таких как ризосфера , почвенный регион, на который непосредственно влияют корни растений.
Paenibacillus vortex | |
---|---|
Рисунок 1 : Организация колоний бактерий P. vortex при выращивании на 15 г / л пептона 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: | |
Тип: | |
Класс: | |
Заказ: | |
Семья: | |
Род: | |
Биномиальное имя | |
Paenibacillus vortex | |
Синонимы | |
Bacillus vortex Ash et al. 1994 г. |
Род Paenibacillus включает факультативные анаэробный, эндоспоровая образующую бактерии , первоначально включенную в роде Bacillus , а затем классифицирована как отдельный рода в 1993 году [2] Бактерия в роду был обнаружена в различных средах , такие как: почва, вода, растительные вещества, корма и личинки насекомых , а также клинические образцы. [3] [4] [5] [6] Paenibacillus spp., Включая P. vortex , продуцируют внеклеточные ферменты, которые катализируют различные синтетические реакции в промышленных, сельскохозяйственных и медицинских применениях. [7] [8] [9] Различные виды Paenibacillus spp. 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, используя межклеточную привлекательную и отталкивающую хемотаксическую сигнализацию и физические связи. При выращивании на мягких поверхностях (например, агаре) коллективная подвижность отражается в формировании роя собирателей [13], которые действуют как руки, отправляемые на поиски пищи. Эти стаи не любят пересекать след друг друга и коллективно меняют направление, когда ощущают пищу. «Ройный разум» P. vortex дополнительно отмечен тем фактом, что стаи могут даже разделиться и воссоединиться при обнаружении разбросанных участков питательных веществ. [13]
Формирование паттернов и социальное поведение
P. vortex - это социальный микроорганизм: 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 условиях лабораторного роста, как и другие социальные бактерии, колонии P. vortex ведут себя во многом как многоклеточный организм с дифференцировкой клеток и распределением задач. [16] [17] [18] [19] P. vortex 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 межклеточной коммуникации, [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 внутренних состояний и их 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, перераспределяя задачи и эпигенетические дифференциации клеток, для коллективного принятия решений и для включения и выключения механизмов защиты и нападения, необходимых для процветания в конкурентной среде. , способности, которые можно рассматривать как социальный интеллект бактерий. [19]
Последовательность генома вихря Paenibacillus
Последовательность генома P. vortex [29] теперь доступна [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, который представлял кодирующие и некодирующие области. Анализ генома P. vortex выявил 6 437 открытых рамок считывания (ORF) и 73 некодирующих гена РНК. Анализ также выявил способность P. vortex продуцировать множество ферментов и протеаз, а также большое количество противомикробных веществ, влияющих на широкий спектр микроорганизмов. Обладание этими передовыми стратегиями защиты и нападения делает Paenibacillus vortex богатым источником 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] Детальный сравнительный геномный анализ с набором данных 500 полных бактериальных геномов показал , что П. вихревое имеет третий наибольшее количество генов трансдукции сигнала, чуть ниже двух других Paenibacillus видов, Paenibacillus Sp. JDR-2 и Paenibacillus sp. Y412MC10. [29] Сравнительный геномный анализ также показал, что эти три вида Paenibacillus 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, показатель Social-IQ обеспечивает меру способности генома к социальному интеллекту, следовательно, он помогает реализовать социальный интеллект бактерий.
Рекомендации
- ^ 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.
- ^ Ash C, Priest FG, Collins MD: Молекулярная идентификация бацилл группы 3 рРНК (Эш, Фэрроу, Уолбэнкс и Коллинз) с использованием теста с пробой ПЦР. Предложение о создании нового рода Paenibacillus . Антони Ван Левенгук 1993, 64: 253-260.
- ^ 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. DOI : 10.1007 / s12088-009-0008-у . ISSN 0046-8991 . PMC 3450047 . PMID 23100748 .
- ^ Макспадден Гарденер, Брайан Б. (2004). «Экология Bacillus и Paenibacillus spp. В сельскохозяйственных системах» . Фитопатология . Научные общества. 94 (11): 1252–1258. DOI : 10.1094 / phyto.2004.94.11.1252 . ISSN 0031-949X . PMID 18944463 .
- ^ Монтес, MJ (2004-09-01). «Paenibacillus antarcticus sp. Nov., Новый психротолерантный организм из окружающей среды Антарктики» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . Общество микробиологов. 54 (5): 1521–1526. DOI : 10.1099 / ijs.0.63078-0 . ISSN 1466-5026 . PMID 15388704 .
- ^ Оуян Дж, Пей Z, Lutwick л, Далаль S, Ян л, Cassai Н, Сандху К, Ханна В, Вицорек RL, Блут М, Пинкус MR: Клинический случай: Paenibacillus thiaminolyticus : новая причина заражения человека, вызывая бактериемию в пациент на гемодиализе. Энн Clin Lab Sci 2008, 38: 393-400.
- ^ 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. DOI : 10.1007 / s00253-003-1331-6 . ISSN 0175-7598 . PMID 12743754 . S2CID 7956236 .
- ^ Раза В., Ян В., Шен QR: Paenibacillus polymyxa : антибиотики, гидролитические ферменты и оценка опасности. Дж. Плант Патол 2008, 90: 419-430.
- ^ 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, бактериальным консорциумом Salmonella subterranea и Paenibacillus polymyxa . Биодеградация 2009, 20: 411-418.
- ^ Dijksterhuis J, Sanders M, Gorris LG, Smid EJ: Антибиоз играет роль в контексте прямого взаимодействия во время антагонизма Paenibacillus polymyxa по отношению к Fusarium oxysporum. J Appl Microbiol 1999, 86: 13-21.
- ^ Girardin H, Albagnac C, Dargaignaratz C, Nguyen-The C, Carlin F: Антимикробная активность пищевых бактерий Paenibacillus и Bacillus spp. против Clostridium botulinum . J Food Prot 2002, 65: 806-813.
- ^ фон дер Вейд I, Альвиано Д.С., Сантос А.Л., Соарес Р.М., Альвиано С.С., Селдин Л.: Антимикробная активностьштамма Paenibacillus peoriae NRRL BD-62 против широкого спектра фитопатогенных бактерий и грибов. J Appl Microbiol 2003, 95: 1143-1151.
- ^ a b c Ingham CJ, Ben-Jacob E: Рой и формирование сложного рисунка в вихре Paenibacillus изучено с помощью визуализации и отслеживания клеток. BMC Microbiol 2008, 8:36.
- ^ a b c d Бен-Джейкоб E: Бактериальная самоорганизация: совместное усиление комплексообразования и приспособляемости в динамической среде. Фил Транс Р. Соц Лонд А 2003, 361: 1283-1312.
- ^ а б Бен-Джейкоб E, Коэн I, Гутник DL: Кооперативная организация бактериальных колоний: от генотипа к морфотипу. Анну Рев Микробиол 1998, 52: 779-806.
- ^ Агилар C, Vlamakis H, Losick R, Kolter R: Думая о Bacillus subtilis как о многоклеточном организме. Curr Opin Microbiol 2007, 10: 638-643.
- ^ Данни GM, Brickman TJ, Dworkin M: Многоклеточное поведение в бактериях: общение, сотрудничество, конкуренция и обман. Bioessays 2008, 30: 296-298.
- ^ Шапиро JA , Дворкин M: Бактерии как многоклеточные организмы. 1-е изд .: Oxford University Press, США; 1997 г.
- ^ a b c d e Бен-Джейкоб E, Беккер I, Шапира Y, Левин H: Бактериальная лингвистическая коммуникация и социальный интеллект. Trends Microbiol 2004, 12: 366-372.
- ^ Бен-Джейкоб E: От образования снежинок до роста бактериальных колоний II: Совместное формирование сложных колониальных моделей. Contem Phys 1997, 38: 205 - 241.
- ^ Бен-Джейкоб Э, Коэн I: Совместное формирование бактериальных паттернов. В бактериях как многоклеточных организмах Под редакцией Шапиро Дж. А. , Дворкин М. Нью-Йорк: Oxford University Press; 1997: 394-416
- ^ Бен-Якоб E, Коэн I, Czirók A, Vicsek T, Gutnick DL: Хемомодуляция клеточного движения, коллективное образование вихрей роением бактерий и колониальное развитие. Physica A 1997, 238: 181-197.
- ^ Коэн I, Czirok A, Ben-Jacob E: Адаптивная самоорганизация на основе хемотаксии во время колониального развития. Physica A 1996, 233: 678-698.
- ^ Чирок, Андраш; Бен-Джейкоб, Эшель; Коэн, Инон; Вичек, Тамаш (1996-08-01). «Формирование сложных бактериальных колоний посредством самогенерируемых вихрей». Physical Review E . Американское физическое общество (APS). 54 (2): 1791–1801. Bibcode : 1996PhRvE..54.1791C . DOI : 10.1103 / physreve.54.1791 . ISSN 1063-651X . PMID 9965259 .
- ^ Bassler BL, Losick R: бактериально говоря. Cell 2006, 125: 237-246.
- ^ Bischofs IB, Hug JA, Liu AW, Wolf DM, Arkin AP: Сложность в коммуникации бактериальных клеток с клетками: интеграция сигналов кворума и передача сигналов субпопуляции в фосфореле Bacillus subtilis. Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106: 6459-6464.
- ^ Кольтер R, Гринберг EP: Микробиологические науки: поверхностная жизнь микробов. Nature 2006, 441: 300-302.
- ^ Dwyer DJ, Kohanski MA, Collins JJ: Сетевые возможности для бактерий. Cell 2008, 135: 1153-1156.
- ^ a b c Сирота-Мади А, Олендер Т., Хельман Ю., Ингам С., Брейнис I, Рот Д., Хаги Э, Бродский Л., Лешковиц Д., Галатенко В. и др.: Последовательность генома паттерна, образующего бактерию Paenibacillus vortex, раскрывает потенциал для процветания в сложных условиях. BMC Genomics, 11: 710.
- ^ Алон У: Введение в системную биологию: принципы проектирования биологических цепей. Лондон, Великобритания: CRC Press; 2006 г.
- ^ Гальперин М.Ю., Гомельский М: Модули передачи бактериального сигнала: от геномики к биологии. Новости ASM 2005, 71: 326-333.
- ^ Whitworth DE, Cock PJ: Двухкомпонентные системы миксобактерий: структура, разнообразие и эволюционные отношения. Microbiology 2008, 154: 360-372.
Внешние ссылки
- Последовательность генома бактерии Paenibacillus vortex, формирующей паттерн, раскрывает потенциал для процветания в сложных условиях.
- Домашняя страница профессора Эшеля Бен-Джейкоба
- Реализация социального интеллекта бактерий
- Бактериальное Искусство