Чувство кворума
В биологии определение кворума или передача сигналов кворума ( QS ) [1] — это способность обнаруживать плотность клеточной популяции и реагировать на нее посредством генной регуляции . Например, QS позволяет бактериям ограничивать экспрессию специфических генов высокой плотностью клеток, при которой результирующие фенотипы будут наиболее полезными. Многие виды бактерий используют чувство кворума для координации экспрессии генов в соответствии с плотностью их местной популяции. Аналогичным образом некоторые общественные насекомыеиспользуйте определение кворума, чтобы определить, где вкладываться. Чувство кворума также может быть полезно для связи с раковыми клетками. [2]
Помимо своей функции в биологических системах, определение кворума имеет несколько полезных приложений для вычислений и робототехники. В общем, определение кворума может функционировать как процесс принятия решений в любой децентрализованной системе, в которой компоненты имеют: (а) средство оценки количества других компонентов, с которыми они взаимодействуют, и (б) стандартный ответ после порогового числа Компоненты обнаружены.
О чувстве кворума впервые сообщили в 1970 году Кеннет Нилсон, Терри Платт и Дж. Вудленд Хастингс [3] , которые наблюдали то, что они описали как кондиционирование среды, в которой они выращивали биолюминесцентную морскую бактерию Aliivibrio fischeri . [4] Эти бактерии не синтезировали люциферазу — и, следовательно, не люминесцировали — в свежезасеянной культуре, но только после того, как бактериальная популяция значительно увеличилась. Поскольку они приписывали такое кондиционирование среды самой растущей популяции клеток, они назвали это явление аутоиндукцией . [3] [5] [4]
Некоторые из самых известных примеров чувства кворума связаны с изучением бактерий . Бактерии используют чувство кворума для регуляции выражений определенных фенотипов , которые, в свою очередь, координируют их поведение. Некоторые общие фенотипы включают образование биопленки , экспрессию фактора вирулентности и подвижность . Некоторые бактерии способны использовать чувство кворума для регулирования биолюминесценции , фиксации азота и спорообразования . [6]
Функция определения кворума основана на локальной плотности бактериальной популяции в ближайшем окружении. [7] Это может произойти в пределах одного вида бактерий, а также между различными видами. И грамположительные, и грамотрицательные бактерии используют чувство кворума, но в их механизмах есть некоторые существенные различия. [8]
Чтобы бактерии могли конститутивно использовать чувство кворума, они должны обладать тремя способностями: секрецией сигнальной молекулы, секрецией аутоиндуктора (для обнаружения изменения концентрации сигнальных молекул) и регуляцией транскрипции генов в ответ. [6] Этот процесс сильно зависит от механизма диффузии сигнальных молекул. Сигнальные молекулы QS обычно секретируются на низком уровне отдельными бактериями. При низкой плотности клеток молекулы могут просто диффундировать. При высокой плотности клеток локальная концентрация сигнальных молекул может превышать пороговый уровень и запускать изменения экспрессии генов. [8]
