* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Колониальная организация и межклеточная коммуникация у мик роорганиз мов
Обзор посвящен современным концепциям и данным , свидетельствующи м о целостном характере микробных популяций (колоний , био-плёнок и др .) как своеобразных "суперорганизмов ". При этом особое внимание уделяется таким явлением как апоптоз , бакте риальный аль труизм , эффект кворума , коллек тивная дифференцировка микробных клеток , формиров ание структур колониального уровня типа внекл еточного матрикса , а также способам и конк ретным агентам межклеточной коммуникации в ми кробной популяции . Подчёркивается эволюционн о -консервативный характер многих средств к оммуникации и форм межклеточных взаимодействий , а также роль колониальной организации и межклеточной коммуникации в системах "паразит /комменсал /симбионт – многоклеточный организм-хоз яин ".
This review covers the moder n concepts and recent data demonstrating the integrity and coherence of microbial populations (colonies, bio-films, etc.) as peculiar "superorganisms ’ . Special attention is given to such relevant phenomena as apoptosis, bacterial altruism, quorum effects, collective differentiation of microbial cells, and formation of population-level structures such as extracellular matrix. Emphasis is placed on the channels and agents of intercellular communication in a microbial population. The involvement of a large nu m ber of evolution-conserved communicational facilities and patterns of intercellular interactions is underscored. Much attention is also given to the role of colony organization and intercellular communication in "parasite/commensal/symbiont-multicellular h ost organism" systems.
Настоящая работа посвящена данным о том , что бактерии и эукариотические одноклеточные организмы существ уют в виде целостных структурированных колони й . Подобно колониям многоклеточных животных (к ишечнополостных , мшанок ) и семьям социа льн ых насекомых и некоторых млекопитающих (бесше рстных кротов ), микробные колонии вполне заслу живают название "суперорганизмы ". Микробные колонии характеризуются функциональной специализацией с лагающих их клеток и предоставляют этим к леткам ряд преимущест в "социального образа жизни ", таких как повышенная устойчивос ть к антибактериальным агентам , более эффекти вное использование питательных субстратов , особен но в пространственно ограниченных экологических нишах , включая организм многоклеточного живо тного (ра с тения ) как хозяина . Микро бные колонии как целостные структуры стали модным предметом исследований в 90-е годы (см . например [1]), однако нельзя забывать разра ботки на эту тему классиков микробиологии . Корифей отечественной микробиологии И.Д . Иеруса лимский фактически предварил сегодняшние дискуссии на тему организации микробных колоний (плёнок , зооглей , флоков и др .), возр ажая в своей докторской диссертации [2] против примитивного органицизма – прямолинейного у подобления микробной колонии многоклеточному ор г анизму (здесь мы опираемся на комментатора И.Д . Иерусалимского Е.Л . Головлева [3]). Положения работ Иерусалимского скорее соотве тствовали представлению о микробной колонии к ак надорганизменной (биосоциальной ) системе [4, 5], которая , подобно социум ам мурав ьев или даже млекопитающих , ха рактеризуется :
· пространственной обособленностью микроколон ий каждого вида ("микробных муравейников ") в естественных местообитаниях ;
· фенотипической гетероген ностью культуры как основой для дифференциаци и клеток по социальн ым ролям ;
· целостностью культуры в процессе развития , наличием у ней инт егральных свойств , отсутствующих у отдельных индивидов ;
· способностью колонии влиять на характеристики окружающей среды при достаточной плотности популяции (это свой ство ныне отраж ено в понятии "кворума " – см . ниже ).
В работах 80-х годов С.Г . Смирнов высказывает по сути а налогичные взгляды , рассматривая микробную колони ю как "пространственно-временной континуум ", состоя щий из "клеточных кластеров " с различающимися свойствами . Причё м , на каждом этапе развития культуры доминирует свой субколониаль ный кластер [6].
Тема микробной колониальной организации у же разрабатывалась авторами в предшествующих статьях [3, 4, 7], однако настоящая работа привлекает новейшие данные и соответственно р асши ряет список охватываемых в обзоре рубрик за счёт таких популярных в последние годы направлений исследований как бактериальный а поптоз и альтруизм , эффекты кворума и др.
В последние годы опубликован ряд серь ёзных обзорных работ по микробной колониально й организации и био-коммуникации (см ., нап ример , [1, 8-16]), однако недостаточно разработанными в литературе остается вопрос о роли эволюционно-консервативных (т . е . химически идентичных или явно гомологичн ых у различных форм живого ) сигнальных мол екулах , в ыступающих как факторы межклеточ ной коммуникации и социального поведения , а у многоклеточных животных и растений также и в более специализированных ролях (гисто гормоны , гормоны , нейромедиаторы ). На эволюционно-ко нсервативный характер многих сигнальных мол е кул ранее обратил внимание А . М . Уголев , обосновывая свою теорию эволюции живого "на основе комбинирования ограниченно го числа универсальных функциональных блоков " [17, С . 143]. Для Уголева химические сигналы и ре цепторы к ним представляли яркий пример п о д обных функциональных блоков , которы е близки или идентичны у организмов на разных уровнях биологической эволюции.
Из доступных нам работ по микробной коммуникации , существенное внимание к эволюцион но-консервативному характеру сигнальных молекул у деляется в работах А.С . Капрельянца с соавт . (см . обзор [14]). Тем не менее , авторы делают основной упор только на белковые /пептидные сигнальные вещества , которые они называют цитокинами по аналогии с внутриорганизменными информонами животных . Настоящая работа поэтом у (о тдавая дань пептидам и белкам ), уделяет зн ачительное внимание непептидным ф акторам коммуникации , среди которых , наряду с уникальными для микроорганизмов , имеются и разнообразные эволюционно-консервативные агенты , в том числе нейромедиаторы (по функции у многоклеточных животных ), которы м посвящены собственные исследования авторов [18, 19]. Настоящий обзор также исследует вопрос о роли колониальной организации и межклеточной (особенно плотностно-зависимой ) коммуникации во взаимодействиях симбиотической ( п аразитичес кой ) микробиоты и макроорганизма-хозяина.
Форма и стр уктура микробных колоний
Происходящая в настоящее время постепенная смена микробиологиче ской парадигмы – переход от представлений об одноклеточности микроорганизмов к представл ению о микробных колониях как целостных "сверхорганизмах " – находит своё отражение в нарастающем интересе к форме , рисунку , макро - и микроструктуре бактериальных колоний . "Колонии практически всех прокариотических в идов демонстрируют способность к клеточной ди фференцировк е и многоклеточной организа ции . Эта способность , конечно , имеется у ба ктерий и в их природных местообитаниях , гд е они в основном существуют в виде би о-плёнок , цепочек , матов и микроколоний ." [1, p.598]. В современной микробиологии как бы тем самым намечает с я постепенный переход к биосоциальному ("биополитическому " [3, 4, 19, 20]) подходу к микроорганизмам , чему способствует детальный анализ межклеточных (межпопуляционных ) взаимодействий с помощью генетической инженерии , поточной цитофлуориметрии , сканирующе г о электрон ного микроскопа , цейтраферной видеосъёмки и т . д.
Многочисленные работы по колониальной орг анизации микроорганизмов свидетельствуют о морфо логической и физиологической гетерогенности вход ящих в её состав клеток . Колония как б ы сложена из нескольк их различных "тка ней " [1, 21] – клеточных кластеров в понимании С.Г . Смирнова [6]. В качестве типичных кластеров у шигелл он рассматривал 1) активно делящиес я ; 2) покоящиеся и 3) спонтанно автолизирующиеся к летки [17]. Хорошо известны сходные данные работ А.С . Капрельянца с сотрудниками . Та к , популяция голодавшей в течение 3-6 месяцев бактерии Micrococcus luteus сос тояла из живых , покоящихся и нежизнеспособных клеток , как показывает исследование с пом ощью клеточного сортера (по связыванию родами на 123) и в бифазной системе водных рас творов полимеров [14, 22-24].
Имеется как вертикальная слоистость колон ии , так и наличие в ней горизонтально разделённых зон (секторных и концентрических ). Вертикальные слои хорошо заметны при наблюден ии окрашенных (толуидиновая синяя , метиленов ая синяя ) срезов колоний . Так , в колониях Escherichia coli [1, 25] и Shigella flexneri [21] обнаружены три слоя : 1) нижний окрашенный (толщиной 6 мкм в иссле дованной колонии E. coli [25]); 2) средний , в основном светлый , по-видимо му , сложенн ый из нежизнеспособных клеток (часто неправильной формы [21]), в который пог ружены отдельные хорошо прокрашенные жизнеспособ ные клетки ; толщина этого слоя у E. coli – 16 мкм [25]; 3) верхний окрашенный (40 мкм у E. coli ), в котором в случае E. coli хорошо заметна даль нейшая дифференциация на два слоя – боле е нижний тонкий (толщиной 1-3 клеточных слоя ), с чёткой границей и особенно ярко окраше нный и толстый слой (40 мкм у E. coli ), содержащий отдельные не окрашенные клетки [25]. Интересно , что окраска на в- г алак тозидазу при использовании генноинженерных штамм ов E. coli с геном lac Z даёт в целом сходную картину : узкий слой в- галактозидазосодержащих клеток , прилегающих к субстрату , сменяется (по ме ре движения вверх ) слоем клеток без в- галактозидазы , выше к отор ого лежат в- галактозидазосодержащие клетки . Самый верхний слой колонии имеет смешанное строение , вк лючающее группы в- галактозидазосодержащих клеток и клетки , не содержащие этот фермент [25]. Слои из морф ологически и биохимически различающихся клеток наблюд али в колониях возбудителя холер ы Vibrio cholera ещё в 1920 г . [26].
Многие исследователи отмечают в своих работах наличие в колониях также системы воздухоносных микрополостей , часто пересечённых "балками " из клеточных тяжей . Сложная систем а микрополостей фактически превращает колон ии в совокупность частично изолированных друг от друга очагов сгущения (микроколоний ). М икроколонии , сформированные слизистым матриксом и разделённые открытыми (часто заполняемыми во дой ) каналами , характерны также и для внут ренн е й структуры био-плёнок . Это с воего рода аналог примитивной "циркуляторной системы ", доставляющей питательные субстраты и убирающей продукты метаболизма [27]. В колониях бактерии Alcaligenes sp., шта мм d 2 , обнаружены поры и каналы , а также более специализир ованные структуры ("газовые баллоны "), окруж енные своеобразной "мембраной " и содержащие вн еклеточные гемопротеины . Предположительно , такие с труктуры способствуют транспорту О 2 к клеткам в колониях (агрегатах ), т . е . речь идёт об аналоге дыхательной системы органов [28-30].
Уже отмечено , что помимо вертикальной слоистости , колониям микроорганизмов на плотных средах свойственны также секторные и конце нтрические зоны . Сектора соответствуют генетическ и различающимся клонам , что находит своё о тражение в их разли чной окраске , конси стенции , форме , скорости роста , активности ферм ентов и др . Наглядный пример – фазовая диссоциация бактерий на R-, S- и М-формы , различа ющиеся толщиной клеточной стенки (так , у п редставителей бруцелл толщина клеточной стенки у R-варианта больше , чем у S-вариан та [31]), наличием или отсутствием микрокапсулы , ха рактеристиками фибриллярного (R- и S-варианты ) или везикулярно-тубулярного (М-вариант ) межклеточного мат рикса и др . Фазовые диссоцианты обусловливают различие в архитектонике секторо в колоний . В S-варианте клетки родококков распределены по толщине колонии равномерно , число контактирующих между собой клеток невелико [31]. Что касается R-варианта , то в соо тветствующем секторе клетки нижних слоёв расп олагаются перпендикулярно или под угл о м к питательной среде , клетки верхних слоёв – радиально и параллельно к п оверхности агара . В М-секторе клетки лежат крупными группами и не контактируют между собой [32].
Концентрические зоны отражают стадии "онт огенеза " бактериальных клеток – они соответс т вуют различным этапам программ индивидуа льного развития клеток . Сектора могут быть выявлены (например , у E. coli на минимальной синтетической питательн ой среде М 9) простым визуальным наблюдением [33]. На агаризованной среде с триптоном и глюкозой концентри ческие круги могут быть выявлены при добавлении в агар 2,3,5-трифени лтетразолия хлористого , который восстанавливается клетками некоторых (не всех ) секторов до окрашенного в красный цвет формазана . В результате колония оказывается состоящей из белых и крас н ых концентрических колец [33]. Шапиро [1, 34] визуализировал эти кольца у E. coli , на индикато рной среде , позволяющей выявить наличие или отсутствие у клеток b -галактозидазной активност и (как описано выше , различия по этому параметру имеются и между верти кальными слоями клеток в колонии ).
Если на пути распространяющейся бактериал ьной колонии создают механическое возмущение , например , помещают стеклянные волокна (в естес твенных местообитаниях роль препятствий могут играть , например , складки и крипты в киш еч нике как экологической нише для мик робиоты ), то возникает лишь локальное изменени е в соответствующих концентрических кольцах , которые всё равно не теряют своей непреры вности . Когда препятствие остается позади фро нта колонии , кольца формируются за этим пр е п ятствием по тем же геометрическ им законам , что и в других участках ко лонии [35]. Немеханическое по своей природе возму щение для нормального развития колонии создаё тся в том случае , если клетки несут му тацию по важному для онтогенеза гену . Так , мутант E. co li с повреждённым (путём инсерции ) геном ДНК-по лимеразы I в первые часы развития формирует аномальные микроколонии из нитевидных клеток . Однако , и в этом случае колония находит пути преодоления дефекта : через 2-4 дня мута нты колонии становятся морфологичес ки нео тличимыми от нормальных колоний , клетки – от клеток дикого типа [36]. Преодоление генетич еского дефекта существенно ускоряется , если п о соседству имеются зрелые (возраст 2 дня ) н ормальные колонии , которые , по-видимому , выделяют диффундирующие химиче с кие факторы коммуникации [36]. Более старые колонии заставляют более молодые , также в результате воздейств ия коммуникативных агентов , "подстраивать " свой возраст под возраст "старших " – например , формироватьвнешние концентрические кольца без предварительн о го формирования внутренних колец [1] (подробнее о коммуникации у микроо рганизмов см . соответствующий раздел обзора ).
Если концентрическая зональность колонии сочетается с секторной , то у более быстро растущих секторов концентрические кольца как бы оттянуты к краю [34], т.е . формирован ие колец регулируется не в пространстве (п утем взаимодействия соседних клеток ), а во времени (пульсации "биологических часов "). Последнее наиболее очевидно для видов бактерий (нап ример , для представителей р . Proteus, Serratia и Salmonella , для E. coli ), периодически формирующих швермеры [37] -- клетк и с избыточным количеством жгутиков и не способные к делению . Швермеры формируют к олониальную структуру из концентрических террас в результате чередования следующих процессов : 1) рос т и деление вегетативных клеток (лаг-фаза перед очередным формированием шверм еров ); 2) массовое формирование центробежно мигрирую щих швермеров ; 3) превращение швермеров в вегета тивные клетки с формированием очередной "терр асы " (стадия консолидации ) [38].
П олученные данные о зависимостиритма "биологических часов " от плотности клеточной популяции , в частности , о связи между плотностью инокулята Proteus mirabilis и продолжительностью лаг-фазы перед поя влением первой "волны " швермеров , указывает на наличие слож ной системы внутриколониальн ой коммуникации . У Serratia liquefaciens идентифицирована природа химического с игнального агента , представляющего собой ацилиров анное производное лактона гомосерина [39] (класс распространенных сигнальных молекул грамотрицательн ых бактерий , см . ниже ). По мере разв ития колонии имеется тенденция ко всё бол ьшей синхронизации поведения отдельных клеток со всё более совершенной циркулярной симме трией колонии в целом , вопреки возмущающим факторам [40]. Эта тенденция к синхронному пове д ению сохраняется при снижении ко нцентрации глюкозы как питательного субстрата и при повышении концентрации агар-агара в среде . В последнем случае снижается скорост ь перемещения швермеров , чьи жгутики нуждаютс я в капельно-жидкой влаге , поглощаемой ими из а г арового геля с помощью с пециального полисахарида капсулы [40, 41]. У Serratia marcescens сами клетки вырабатыв ают увлажняющий циклический липопептид [42]. Существу ет генетический триггер , переключающий клетки с синтеза белков поздних стадий клеточного деле ния на синтез белка жгутиков (ф лагеллина ) и таким образом детерминирующий вз аимопревращение швермеров и делящихся вегетативн ых клеток [43].
С точки зрения колониальной организации интересен тот факт , что по агару , ещё не занятому растущей колонией , могут п еремещаться только целые группы швермеров . Одиночные клетки , вышедшие за пределы ко лонии , теряют подвижность до тех пор , пока их не "подхватит " та или иная группа швермеров [1]. Это наблюдение указывает на к оординацию поведения в масштабе каждой группы . П о мимо этого , хорошо известна также координация миграции швермеров в мас штабе всей колонии . Таким образом , в колон ии бактерий имеется по крайней мере два уровня интеграции :
1) отдельная группа координи рованно мигрирующих швермеров и 2) вся колония , включаю щ ая много подобных групп . Имеется аналогия с организмом многоклеточны х существ , где также известны как координи рующие системы внутритканевого уровня (паракринны е системы ), вырабатывающие локально действующие гистогормоны (гистамин , серотонин и др .), так и г енерализованные системы на уровне целого организма (нервная и эндокринна я системы ) [44].
Для колоний микроорганизмов , как и для многих других биосоциальных систем , характер но формирование функциональных органов надоргани зменного уровня , принадлежащих целой системе и коллективно используемых всеми её элем ентами (индивидами ). Наиболее примечателен факт слияния индивидуальных наружных клеточных покр овов (капсул , экстракапсулярной слизи и др .), что ведёт к образованию единого биополимерно го матрикса . В с остав матрикса входят кислые полисахариды , гликозилфосфатсодержащие биополимеры типа тейхоев ых кислот , гликопротеины , у некоторых бактерий (например , бацилл ) также полиглутаминовая кисл ота и др . биополимеры [41]. Подобно межклеточному матриксу животных тканей , м икробный матрикс также включает фибриллярные элементы [45]. Сходство между животным и микробным ма триксом дополняется общностью некоторых химическ их компонентов (примером служат сиаловые кисл оты ). Как "функциональный орган " микробной колон ии , матрикс микр о организмов выполняет роли , относящиеся к надклеточному уровнюорга низации :
· Структурообразующую рол ь . Благодаря матриксу колония состоит , строго говоря , не из одиночных клеток , а из субколониальных ассоциаций , которые встречаются и у грамположительных , и у грамотри цательных бактерий (в том числе – у п атогенных видов обоих этих групп ) и особен но бросаются в глаза при электронно-микроскоп ическом наблюдении капсулированных бактерий , напр имер , клебсиелл [46]. К структуре колоний относятс я также полые трубочки и з внекл еточных полисахаридов и других биополимеров ( скажем , в колониях Pseudomonas aeruginosa ) – предполагаемые микроканалы для транспорта веществ . Помимо этого , через п одобные трубочки мигрируют клетки колоний , об ычно в виде мелких L-форм [47]. Подобные " отстрелы ", в частности , характерны для видов бактерий , входящих в состав симбиотической микробиоты человека и животных [47].
· Защитную (протекторную ) роль. Обволакивающий клетки матрикс выступает как буферная вн утренняя среда колонии , предохраняющая отде льные клетки и колонию в целом от неблагоприятных воздействий извне (высыхание , нагревание /охлаждение , атака гидролитических ферм ентов и др .). Полисахаридные и пептидные ко мпоненты матрикса , в частности , включают в себя ряд крио -, термо - и ксеропротекторо в [48].
· Коммуникативную роль . В матрикс выделяются и по нему распрос траняются экзометаболиты и продукты автолиза клеток , включая химические сигнальные вещества , в том числе служащие для оценки плотно сти собственной популяции (см . ниже ). В ряде случаев си гнальные вещества присутствуют в супернатанте микробной культуры лишь в незначительных концентрациях , поскольку задержив аются в матриксе , где и выполняют свою функцию ; здесь необходимо подчеркнуть , что м ногие виды бактерий сохраняют надклеточную ор ганизац и ю и , соответственно , внеклеточ ный матрикс и при культивировании на жидк их средах .
Подобно эукариотич еским клеткам в составе тканей многоклеточног о животного , растительного или грибного орган изма , прокариоты формируют внутриколониальные меж клеточные контак ты , вероятно , способствующие распространению сигнальных молекул в популяции , особенно если речь идёт о недиффундирующ их в среде факторах коммуникации (см . ниже ). Межклеточные контакты формируются за счёт многообразных поверхностных структур , включая м икро ф ибриллы , шишковидные выступы , эва гинаты клеточной стенки , гликокаликс , отражая " генетически детерминированную закономерность развити я микробных популяций как саморегулирующихся многоклеточных систем " [49, С .222].
Таким образом , структура колоний микроорг ан измов служит зримым отражением её с ложной многоуровневой социальной организации , вкл ючающей коллективные , охватывающие всю колонию формы поведения , когда "воля индивида " (клетк и ) подчиняется "воле коллектива ".Поистине , "бакт ерии , хотя и представляют собой од ноклеточные организмы , являются социальными сущес твами , которые формируют многоклеточные ассоциаци и " [8, p.184].
Микробный апопт оз и альтруизм
Яркий пример со циального контроля (на уровне колонии ) за микробными клетками – апоптоз , т.е . программированная гибель отдельных клетокв интересах популяции в це лом . Явление апоптоза ранее изучено на жив отных и , в меньшей мере , на растительных клетках . В этих случаях апоптоз – норм альная составная часть индивидуального развития организма . Так , он необходим для резо р бции хвоста при превращении голо вастика ; развитие мозга предполагает программиров анную гибель некоторых нейронов , причём мутац ия , предотвращающая апоптоз клеток эмбрионального мозга , является летальной . Апоптоз растительн ых клеток , пораженных инфекционным аге нтом , предотвращает дальнейшее распространение ин фекции . Интенсивно исследуются генетико-биохимические механизмы апоптоза , связанные с активацией каскада каспаз (эволюционно консервативных цист еиновых протеаз ), отвечающих в конечном счёте за активацию н уклеаз и фермент ов , разрушающих другие клеточные структуре [50, 51]. Интересно , что апоптоз животных клеток фактич ески может происходить при участии симбиотиче ских потомков бактерий – митохондрий . Повреж дение стрессорными факторами мембран митохондрий , уг р ожающее не только самой к летке , но и её соседкам накоплением токсич еских свободно-радикальных форм кислорода , узнаётс я клеткой по выходу из митохондрий цитохр ома с . Этот цитох ром связывается цитоплазматическим белком Apaf1, котор ый связывает прокаспазу -9, превращая её в активную каспазу -9. Так инициируется каскад каспаз и апоптоз [50, 51].
Что касается апоптоза у микроорганизмов , то это явление находится в стадии ис следования . Достаточно хорошо изучена система эукариотического микроорганизма – миксомицета D ictyostellium discoideum . Трансформ ация D. discoideum из одно клеточных амёб в многоклеточный мигрирующий п севдоплазмодий и далее в плодовое тело со спорами представляет собой коллективную реак цию на голодание клеточной популяции (система рассмотрена нами р анее в обзорах [4, 5]). Когда многоклеточный псевдоплазмодий начинает строить плодовое тело , клетки в его пер едней четверти претерпевают апоптоз . Мёртвые клетки формируют ножку плодового тела [52, 53]. Проц есс находится под контролем ряда сигнальных агент о в . Генерализованным агентом коммуникации служит циклический аденозиномонофосфа т , но для дифференциации клеток ножки (с апоптозом ) особенно важен фактор DIF (1-(3,5-дихлоро -2,6-окси -4-метоксифенил )-1-гексанон ) [52, 53]. У миксобактери й – прокариотических а н алогов ми ксомицетов в плане жизненного цикла – та кже наблюдается программированная гибель многих клеток во время агрегации миксобактериальных клеток , приводящей к формированию плодовых тел (некоторые группы клеток внутри созрева ющего плодового тела также о бречены на гибель ) [54].
Прокариотическим аналогом апоптоза можно также считать гибель части клеточной популяци и E. coli в условиях стазиса – остановки роста бактериальной популяции (например , при исчерпании питательног о субстрата ). "Феноменология " данного процесса описана сравнительно давно [55] (см . также на ш обзор [4]). Голодающая популяция E. coli постепенно разделяется н а две субпопуляции , одна из которых гибнет и подвергается автолизу , в то время к ак другая субпопуляция использует продукты ав толиза ка к субстрат и продолжает раст и и создавать колониеобразующие единицы [55]. В последние годы был раскрыт генетический ме ханизм апоптоза в этой системе [56, 57]. Геном E. coli содержит оперон с двумя генами mazE и mazF. Ген mazF кодирует стабил ьный цитотоксич еский белок , а mazE – нестабильное , быстро разрушаемое протеазой clp PA противоядие к белку MazF. Как известно , исчерпание доступного клетки фонда аминокислот ведёт к активации оперон а rel , чей белковый продукт Rel A отвечает за синтез гуанозинтетрафо сфата на рибосомах . Гуанозинтетрафосфат блок ирует оперон maz , т ак что синтез противоядия прекращается . В этих условиях белок MazF вызывает гибель и ав толиз части популяции , тем самым пополняя фонд аминокислот и вновь активируя синтез противоядия MazE у оставших ся в живых клеток [56, 57]. Таким образом , система выступает как хромосомный аналог многочисленных бактериальных плазмид , которые кодируют стабильный цитоток сичный агент в комбинации с лабильным про тивоядием к нему (addiction modules).
Этот пример апоптоза у E. coli одновременно может быть рассмотрен и как пример " б актериального альтруизма " , так как в экстремальных условиях часть голодающих клеток лизируется , способствуя выживанию осталь ной части клеточной популяции [56, 58]. Авторы насто ящего обзора не отр ицают наличие друг их , более мощных механизмов сохранения жизнес пособности голодающей микробной популяции – процессов "экономизации " энергодающих метаболических процессов , исследованных в работах Н.С . Па никова [59-61].
Современная социобиология – модификаци я дарвиновской те ории эволюции , обращающая основное внимание н а социальные взаимодействия у различных форм живого – рассматривает так называемую к онцепцию родственного альтруизма [62]. Речь идёт о самопожертвовании ради близкого родственника , имеющего общи е гены с индивидом , приносящим себя в жертву . По сути , это на "альтруизм " в об щечеловеческом смысле слова , а клонирование с обственных генов , которые получают альтернативный способ передачи следующему поколению (не через данного индивида , а через его родст в енника ). Слово "родственный альтруизм " (kin altruism) – устоявшийся термин в среде социоб иологов , но он не предполагает осознанную жертву , а лишь подхватывание естественным отб ором генов "гибели ради родственника " [62].
В рамках этой концепции , микрооргани змы с преобладанием бесполого размножения имеют намного больше оснований совершать апоптоз (если он способствует выживанию поп уляции ), чем многоклеточные существа . Действительно , колония как про -, так и многих эукари отических организмов (например , рассмот р енного выше D. discoideum ) представляет собой почти идеальный кло н . Поэтому социобиологическая концепция родственн ого альтруизма , если она верна , предсказывает широкое распространение "альтруистических " событи й в колониях микроорганизмов [9, 58].
В этой св язи представляет интерес тот факт , что описанные примеры апоптоза не являются единственными "альтруистическими " системами в мире микроорганизмов . Подобно эук ариотическим инфицированным клеткам , гибнущим , что бы не допустить распространения инфекции , нек ото р ые штаммы E. coli несут гены , вызывающие гибель кл етки после внедрения в неё бактериофага Т 4 [63]. Так , ген lit блокирует синтез всех клеточных белков в ответ на начало экспрессии поздних генов фага Т 4, поскольку кодирует протеазу , разрушающ ую необходимый для синтеза белков факто р элонгации EF-Tu [64]. Ген prrC кодирует нуклеазу , расщепляющую лизиновую тРНК . Нуклеаза активируется продуктом гена stp фага Т 4 [63]. Ген ы rex вызывают у инфицированных фагом Т 4 клеток формирование ионных каналов , ведущих к потере клет ками жизненно важных ионов и к альтруисти ческой гибели , если только фаг не закрывае т каналы своими белками , продуктами генов rII [65].
Любопытно , что гены , отвечающие за гиб ель клетки в ответ на фаговую инфекцию не склонны стабильно встраиваться в хро мосому (а гены rex вообще относятся к геному фага (и экспрессируются в лизогенных клетках ) [63]. М ожно предположить , что "альтруистические " гены , будучи подвижными и легко утрачиваемыми генет ическими элементами , функционируют только у ч асти бактериальной п опуляции , Если это предположение справедливо , то бактериальная кол ония представляет собой смесь "альтруистов " и "эгоистов ". Такой смешанный состав характерен для групп высших животных (например , крыс ) и даже людей , по сообщению Б.М . Медник ова [66].
Кворум и химическая коммуникация у микроорганизмов
В последнее дес ятилетие неуклонно расширяется список изученных микробных процессов , реализуемых только при наличии достаточной плотности популяции ( кворума ). Эти исследован ия продолжают начатые уже около 100 лет тому назад изыскания . Уже тогда исслед овался , например , вопрос о том , почему куль тивирование бактерий часто не удается , если взята слишком низкая плотность инокулята . В 1988 г . Дж . Шапиро [34] также писал , что споры миксобактерий прорастают только при дос т аточно высокой их концентрации в среде . Уже в начале 80-х годов , как известно , изучением плотность-зависимых процессов в микробных популяциях активно занимались В.И . Дуда , Г.И . Эль-Регистан и др . (см ., наприм ер [67, 68]). Была исследована природа некоторы х химических факторов (ауторегуляторов ), накап ливающихся в культуре и вызывающих те или иные эффекты , например , автолиз клеток (фа ктор d 2 жирнокислотно й природы [68]). Оригинальные отечественные и зару бежные работы 80-х годов обобщены в моногра фии А.С . Хохл ова "Низкомолекулярные микробн ые ауторегуляторы " [69].
Работы 90-х годов резко усилили интерес к "эффектам кворума " в популяциях микроор ганизмов . К числу описанных к настоящему в ремени процессов , протекающих лишь при достат очно высокой плотности популяции, принадлежа т следующие явления [1, 8-15, 70]:
· Биолюминисценция у морских бактерий ( Vibrio fischeri, V. harveyi ).
· Агрегация клеток мик собактерий и последующее формирование плодовых тел со спорами
· Конъюгация с перенос ом плазмид у Enterococcus faecali s и родственных видов , а также у клубеньковых бактерий рода Agrobacterium
· Формирование клеток-швер меров у бактерий родов Proteus и Serratia
· Синтез экзоферментов и других факторов вирулентности у растител ьных ( Erwinia carotovora, E. hyacinthii и др .) и животных ( Pseudomonas aeruginosa ) патогенов .
· Образование антибиотиков у представителей рода Streptomyces и у Erwinia carotovora
· Споруляция у бацилл и актиномицетов
· Стимуляция роста стр ептококков и ряда других микроорганизмов
Раскрыты механизмы многих из указанных процессов ; определе ны факторы межклеточной коммуникации , отвечающие за плотностно-зависимые процессы . Здесь необходимо сказать неск олько слов о биокоммуникации в целом (пред мет особой биологической науки под названием биосемиотика ). Сре ди изучаемых данной наукой каналов ко ммуникации между живыми организмами , три кана ла коммуникации являются наиболее эволюционно-кон сервативными и в полной мере функционируют уже у одноклеточных форм жизни [4, 5]. Речь идёт о передаче информации путём 1) н е посредственного (физического ) контакта между организмами ; 2) выработки диффундирующих в среде химических агентов ; 3) генерации тех или ин ых физических полей . Все три канала коммун икации , вероятно , принимают участие в "эффектах кворума ".
Физический контакт между о рганизмами . Некоторые из плотностно- зависимых процессов включают в себя стадии , контролируемые недиффундирующими химическими факторами . Они прикрепл ены к генерировавшей их клетке , и их в осприятие рецепторами другой клетки требует н епосредственного м ежклеточного контакта . Так , в голодающей популяции миксобактерий Myxococcus xanthus наблюдается агрегаци я клеток с последующим формированием плодовых тел со спорами (эукариотическим аналогом этой системы служит кратко рассмотренный выше Dictyostellium disc oideum ). Про цесс находится под контролем как диффундирующ их , так и недиффундирующих химических факторо в . Поздние его стадии , когда клеточная агр егация уже идёт в течение 6 часов и нео бходимо обеспечить достаточно компактную укладку клеток для формирования спор , контролир уются недиффундирующим , прикреплённым к поверхнос ти клетки белковым фактором С (продукт ген а csgA) [10, 71, 72]. Мутанты по гену csgA не способны к согласованным клеточным движениям , необходимым для компактного расположения палоч ковидных кле ток M. х anthus ; эти мутанты не формируют и плодовых тел . Идентифицировано по крайней мер е 16 генов , чья экспрессия зависит от фактор а С [72].
Физический контакт клеток необходим также при коммуникации посредством поверхностных о рганелл , таких как например пили , и к омпонентов экзоплимерного матрикса , покрывающего отдельные клетки , их группы , всю колонию в целом . В частности , процесс агрегации и споруляции у M. xanthus зависит от пилей типа IV (гомологи пи лей типа IV есть у патогенных бактерий Pseudomonas aer uginosa и Neisseria gonorhoeae, где они также обусловливают социально координированные клеточные движения [73]), от полисахаридно-белковых фибрил и от липополисахаридного О-антигена внешнего с лоя наружной мембраны [1, 73, 74]. Все эти поверхностн ые клеточн ые структуры синтезируются с помощью так называемых S (social) генов , ответственных за коллективные , координированные перемещения клеток и формирование структур надклеточного уровня . Им противопоставляют также имеющиеся у миксобактерий А (adventurous) ген ы , позвол яющие индивидуальным клеткам покидать край ра стущей колонии.
Своего рода промежуточное положение между недиффундирующими и свободно диффундирующими агентами коммуникации у миксобактерий занимают тяжи (trails) из биополимеров матрикса , которые отдел яются от образовавшей их клетки , тем самым пролагая путь другим клеткам -"п утешественницам ", дающим начало дочерним колониям [75]. Интересно , что аналогичную роль в сообщ естве муравьев играют так называемые следовые торибоны , маркирующие след мураьвьёв-фур а жиров ("первопроходцев ") [76]. Естественно , что р оль контактной (и "следовой ") коммуникации в её различных вариантах не ограничивается т олько миксобактериальными системами . Например , пил и участвуют в агрегации клеток в колониях Neisseria gonorrhoeae [1]. У эукариотических микроорганизмов , в частности , у Dictyostellium discoideum , контактные взаимодействия участвуют в морфогенезе наряду с диффундирующими химическими агентами . Несомен ную роль в этих взаимодействиях играют гл икопротеины , характеризующие дальне йшую судьб у клеточных субпопуляций : клетки , дающие в дальнейшем споры , несут гликопротеин PsA, в то время как совершающая апоптоз субпопуляция (будущая ножка плодового тела ) име eт ант иген MUD9 [77].
Дистантная химическая коммуникация на службе "эффектов кв орума ". Тема химической коммуникации у микроорганизмов настол ько широка (она была рассмотрена в более ранних авторских работах [4, 5, 78]), чт о мы ограничимся только теми диффузными х имическими агентами , чьё участие в "эффектах кворума " установлено . Речь б удет идти о следующих классах соединений : 1) ацилированные лактоны гомосерина , регулирующие широкий кру г плотностно-зависимых коллективных процессов у грамотрицательных бактерий ; 2) пептиды , регулирующие конъюгативный плазмидный перенос у Enterococcus , раз витие возду шного мицелия у Streptomyces , споруляцию у бацилл и др .; 3) аминокис лоты и сходные с ними аминные соединения , регулирующие агрегацию бактериальных клеток ( E. coli, Salmonella typhimurium, Myxococcus xanthus ) и фо рмирование швермеров у Proteus mi rabilis .
1. Кворум-зависимые системы с ла ктонами гомосерина как агентами межклеточной коммуникации (системы типа "luxI-luxR"). Рас смотрим вначале сравнительно хорошо изученные бактериальные системы , использующие ацилированные лактоны гомосерина . Классическ им объекто м служит морская светящаяся бактерия Vibrio fischeri [8, 12, 70]. Свечение является плотностно-зависимым процессом , т . е . не на блюдается в разбавленных клеточных суспензиях , например , просто в толще морской воды (п лотность культуры менее 10 2 клет ок /мл [70]). Свечение V. fischeri реализуется лишь в концентрированных культурах V. fischeri , в том числе в природных экологических нишах этой бактерии - в светящ ихся органах головоногого моллюска Euprymna scolopes , где плотность популяц ии достигает 10 10 -10 11 клеток /мл [70]. Д анная система , по-видимому , представляет пример взаимовыгодного межвидового сотрудничества "Моллюс к , ночное животное , извлекает выгоду из то го , что светящиеся бактерии делают его нез аметным для хищников снизу ; свечение , напомина ющее лун ный свет , устраняет тень , кото рая иначе возникала бы , если бы лунные лучи освещали моллюска сверху . А бактерия извлекает выгоду из того , что моллюск п редоставляет питание и укрытие " [10, P.69]. Биохимию и генетику свечения V. fischeri исследовали поэтапно. Вначале удалось показать , что свечение культур V. fischeri , находящихся на ранней экспоненциальной стадии развития , может быть индуцировано культуральной жидкостью , отделённой от клеток V. fischeri во время стационарной фазы . Впоследствие была детально ох арактеризована генетическая с истема " luxI – luxR " [12, 69, 70], оказавшаяся типичной для большинства известн ых плотностно-зависимых систем грамотрицательных бактерий.
Система включает 2 основных блока генов . Один из этих блоков— оперон luxICDABEG , чьи гены имеют следующие функции :
· Ген luxI кодирует белок (LuxI, 193 аминокислоты ), который по всей вероятности функционирует как синт аза химического агента межклеточной коммуникации , чьё накопление в среде сигнализирует кле ткам V. fischeri о достижении пороговой плотности (кворума ) для биолюминесценции . Агент коммуникации синтезирует ся из S-аденозилметионина и 3-оксогексаноил-кофермен та А и представляет собой N-(3-оксогексаноил )-L-лактон гомосерина (3-ОГЛГ ).
· Гены luxA и luxB кодируют , соответственно , субъеди ни цы a и b люциферазы (ферментного комплекса , ответственного за биолюминсценцию ).
· Гены lux C,D, E кодируют редуктазу жи рных кислот (один из окисляемых субстратов в ходе люциферазной реакции , приводящей к испусканию кванта света )
· Ген lux G кодирует реду ктазу флавинмононуклетида (другой субстрат , также о кисляемый в люциферазной реакции ).
Другой генный б лок включает ген lux R , чей белковый продукт LuxR (250 аминокислот ) св язывает фактор 3-ОГЛГ . Комплекс LuxR-3-ОГЛГ связывае тся с промоторным участком оперо на luxICDABEG и активирует е го транскрипцию . В отсутствие 3-ОГЛГ оперон luxICDABEG экспрессируется на низком "базовом " уровне . Белок LuxR в отс утствие 3-ОГЛГ функционирует как репрессор , в частности , гена luxR , кодирующего сам этот белок . По мере повышения концентрации клеток V. fischeri накапливающийся в среде 3-ОГЛГ начинает выступать как "аутоиндуктор ": наряду со структурными генами его комплекс с LuxR активирует и транскрипцию luxI , т.е . синтез самого 3-ОГЛ Г [10, 12, 70], активирующего в комплексе с Lux R тр аскрипцию оперона lux в новых и новыхклетках V. fischeri . Поэтому лавинообразно н арастает синтез всех компонентов люциферазной системы и начинается интенсивное свечение бактерий.
По принципу описанной системы luxI-luxR организованы (с теми или иными мо дификациями ) кворум-зависимые регуляторные системы и у ряда других грам отрицательных бактерий ( таблица ). В роли диффундируюших химическ их факторов коммуникации также выступают ацил ированные лактоны гомосерина . Одна и та же бактерия может включать несколько плотностно -зависмых систем . Так , в последние годы пок азано , что рассмотренная выше светящаяся бактерия V. fischeri факт ически имеет и вторую плотностно-зависимую си стему регуляции биолюминисценции ainI-ainR со своим активатором транскрипции (AinR), связывающим диффузный фактор N-октаноил -L-лактон гомосерина [8].
Аналог ично , две кворум-зависимых систе мы с N-(3-оксибутаноил )-L-лактоном гомосерина и пока не идентифицированным соединением (условно названным AI-2) как диффузными агентами межклето чной коммуникации регулируют свечение у родст венной морской бактерии Vibrio harv eyi . Однако , наряду с актив атором транскрипции (LuxR), у V. harveyi есть также и репрессор (LuxO). Его инактивация достигается сочетанным действием д иффузных продуктов обоих систем : N-(3-оксибутаноил )-L-лактон гомосерина связывается белком LuxN, a AI-2 – б елками LuxP и LuxQ, которые представляют собо й гистидиновые киназы . Они инициируют работу каскада киназ , который и приводит к м одификации путём фосфорилирования репрессора LuxO и , таким образом , к активной работе системы биолюминесценции [79].
Бактерии род а Erwinia ( E. carotovora, E. chrysanthemii и др .) вызывают мягкую гниль картофе ля , хризантем и других растений . Они расще пляют растительные клеточные стенки с помощью пектиназ и целлюлаз . Образование этих фер ментов является важным фактором вирулентности Er winia и предс тавляет собой плотностно-зависимый процесс .[12, 70, 80]. Поэ тому при достаточно высокой плотности популяц ии бактерий синтез ферментов происходит столь интенсивно , что клетки растений разрушаются раньше , чем их иммунная система успевает прореаг ировать на внедрение патогена . У Erwinia функционируе т генная система expI-expR , аналог системы luxI-luxR у V. fischeri . Белок ExpI, частично гомологичный белку LuxI, необходим для синтеза диффузного фактора коммуникации – 3-ОГЛГ (как и у V. fischeri ). В с илу совпадения факторо в коммуникации у Erwinia и у V. fischeri , введение плазмиды , содержащей все гены lux V. fischeri , за вычетом luxI , обусловливает плотнос тно-зависимую люминесценцию у E. carotovora [80].
У E. carotovora , кроме expI-expR , имеется так же аналогичная генная система carI-carR. Система carI-carR ставит синтез антибиотика ка рбапенема , образуемого E. carotovora , в зависимость от плотности популяции . Активация синтеза антибиотика при высокой плотности популяции посредством системы carI-carR пред положительно облегчает E. carotovora уст ранение бактерий-конкурентов , которые стремятся ис пользовать продукты расщепления компонентов раст ительных клеток кворум-зависимыми экзоферментами E. carotovora [12, 70].
Помимо 3-ОГЛГ как фактора коммуникации в квор ум-зависимых системах , у бактерии E. chrysanthemii обнаружены и другие феромоны [80] (см . таблицу ). На примере этой бактерии п родемонстрировано , что плотностно-зависимые геннные системы в то же время находятся под контролем других регуляторных систем , в том числе зависимых от цАМФ (и связывающего цАМФ белка CRP [80]; т акая зависимость пока зана и для V. fischeri ). Кворум-зависимые системы , таким образом , оценива ют не только плотность популяции , но и другие параметры внешней среды через посре дничество соответствующих генных регуляторов.
Патогенная для человека и животных бактерия Pseudomonas aeruginosa ("синегнойная палочка "), подобно E. carotovora , синтезирует необходимые для вирулентности факторы – токсин А , экзоферменты (эластазы LasA и LasB, щелочную протеазу ), гемолизины и поверхностно-активный рамнолипид.— при наличии бактериального кворума [70, 82]; имеются две генные системы : lasI-lasR и vsmI-vsmR .
Примеры с V. fisheri, E. carotovora и P. aeruginosa дем онстрируют , что микробные клетке вступают во взаимодействие с макроорганизмом (растением или животным ) только в том случае , ес ли концентрация феромона сигнализирует о дост аточной плотности микробной популяции . Это вз аимодействие может быть паразитического или /и взаимовыгодного (мутуалистического ) типа . Дополнит ельные примеры представляют
· Клубеньковые бактериир . Rhizob ium. Так , штаммы R. leguminosarum bv. viciae отвечают за формирование азотфиксирующих клубеньков в корневых системах бобовых растений . Соответству ющая кворум-зависимая генная система rhiI-rhiR обусловливает интен сивную экспрессию генов rhiABC при высокой п лотности п опуляции . Белковые продукты данных генов учас твуют во взаимодействии между бактериальным с имбионтом и клетками ризосферы , хотя их фу нкции до конца не выяснены . Интересно , что у родственного вида R. etli функционирует дополнительная генна я система raiI-raiR , участвующая в ограничении количества к лубеньков на корнях растения-хозяина (мутанты по этой системе формируют вдвое больше кл убеньков на корнях фасоли , чем дикий тип ) [83].
· Бактерия Agrobacterium tumefaciens , формирующая корончат ые галлы у м ногих видов бактерий . Галы представляют растительный аналог злокачеств енной опухоли и образуются в результате п ереноса онкогенных фрагментов ДНК от бактерии в ядро растительной клетки посредством Ti- плазмид . Некоторые из генов Ti-плазмид обусловли вают син т ез опинов , которые служат питательным субстратом для A. tumefaciens. Гомологичная luxI-luxR генная система traI-traR стимулирует распространение Ti-плазмид в бактериальной попул яции . Поскольку сама система traI-traR локализована на плазм иде , она , как и пла змиды "addiction modules" (см . в ыше подстраничную сноску 1), соответствует теории "эгоистичной ДНК " социобиолога Р . Докинза . Пл азмидная ДНК стремится распространиться в поп уляции бактерий и , как только имеется дост аточный "кворум ", побуждает несущие плаз м иду клетки конъюгировать с другими ба ктериальными клетками ! [13]. В то же время кон ъюгативный перенос Ti-плазмид зависит от опинов и , таким образом , возможен лишь в ситу ации успешного взаимодействия микробиоты и ма кроорганизма (растения , формирующего опин- проду цирующую опухоль ). В частности , транскрипция traR стимулируется фактором OccR, активируемым октопином (одним из оп инов ) [70].
Формирование клето к-швермеров , способствующее распространению бактериаль ной популяции по плотной среде и колониза ции различн ых экологических ниш (в том числе и тела макроорганизма ) регулируется у некоторых бактериальных видов системами типа luxI-luxR. Так , ген ная система swr ст имулирует движение клеток-швермеров по плотной среде у Serratia liquefaciens. Предполагается , что прод уктом плотностно-за висимых генов swr является внеклеточное поверхностно-активное вещество (аналог рамнолипида у Pseudomonas aeruginosa ), облегчающее швермерам передвижение по поверхности питательной среды [84].
Данные о плотностно-зависимых системах ти па l uxI-luxR и соответствующих феромонах обобщены в таблице . Как уже было отмечено , многие из таких систем важны для регул яции поведения симбиотической (паразитической ) мик рофлоры , с целью налаживания взаимодействия с макроорганизмом . Более того , коммуникация пос редством ацилированных лактонов гомосерина может иметь межви д овой характер . В частности , вырабатываемый Pseudomonas aeruginosa феромон N-(3-оксо )-додеканоил-лактон гом осерина воспринимается эпителиальными клетками ч еловека и индуцирует синтез интерлейкина -8, одн ого из факторов межклеточной коммуникации , уч аствующего в имунной защите у человека [8].
Некоторые системы с лактонами гомосерина в роли феромонов способствуют устранению микроорганизмов-конкурентов , синтезируя антибиотики , бактериоцины . Так , генная система phzI-phzR регулирует синтез против огрибковых антибиот иков у Pseudomonas aureofaciens [12]. Актиномицеты рода Streptomyces располагают плотностно- зависимыми системами , регулирующими синтез антиби отиков , развитие воздушного мицелия и спорооб разование . Феромонами в этой системе служат ( г- бутиролактоны го мосерин а [12]. Однако генетическая система от личается от luxI-luxR т ипа . г- Бутиролактоны гомосерина (А-фактор у S. griseus ) связываются не с активатором тр анскрипции , а с репрессором , теряющим активнос ть в результате этого взаимодействия [70]. В роли бактериоцина (ингибитора роста бактерий ) выступает один из образуемых бактериями р . Rhizobium лактонов г омосерина , а именно N-(3R-окси -7-цис-тетрадеканоил )-L- лактон гомосерина [83].
Соединения , напоминающие сигнальные агенты плотностно-зависимых систем прокариот , могу т вырабатываться эукариотическими клетками как конкурентами или антагонистами прокариотов . "Зн ая " об информационных функциях подобных химич еских веществ у прокариот , эукариоты , вероятно , создают своего рода "дезинформационные помех и ", "сбивая с толку " бак т ериальные клетки . Возможно , именно поэтому , например , г алогенированные фураноны – близкие аналоги а цилированных лактонов гомосерина – образуемые красной водорослью р . Delysea , представляют собой эффективные антими кробные агенты [85].
Необходимо отметить , ч то феромоны микроорганизмов и , в частности , ацилированные лактоны гомосерина , могут использоваться в ме жвидовых взаимодействиях не только в роли антибиотиков /бактериоцинов , но также и в специяической роли сигнальных агентов . Это возможно потому , что разли ч ные вид ы микроорганизмов нередко имеют идентичные ил и очень сходные по химической природе фер омоны [8]. В этой связи интересно , что , наприм ер , выделяемые P. а eruginosa внеклеточные вещества усиливают вирулентно сть факультативной патогенной бактерии Burkhol deria cepacium [8].
2. Кворум-зависимые системы с пе птидными и белковыми феромонами . "Классической " пептидной кворум-зависимой системой можно счит ать систему , отвечающую за конъюгативный пере нос плазмид у Enterococcus faecalis и родственных бактериальных в идов [70, 86]. Подобно рассмотренным системам типа luxI-luxR , эта система стимулирует распространение в микробно й популяции признаков , важных для взаимодейст вия микроорганизма и животного-хозяина , а такж е для устранения микробных конкурентов . Так , переноси мая пептидной кворум-зависмой сист емой плазмида pAD1 отвечает за синтез гемолизино в , плазмида pCD1 – за образование бактериоцина , а плазмида pCF10 – за устойчивость E. faecalis к тетрациклину [86].
Каждый феромон (гекса - или октопептид ) индуцирует слипание (clumping) бактериальных клеток и их конъюгацию с переносом от донора к реципиенту определённой плазмиды . Например , октапептид cPD1 стимулирует конъюгативный перенос плазмиды pPD1. Плазмида кодирует феромонный рецепт ор , находящийся на белке-репрессоре со о тветствующего оперона . Так , плазмид a pPD1 несёт ген traA с ука занной функцией [86]. Феромон взаимодействует с р ецептором и выводит из строя репрессор , за пуская синтез соответствующего продукта . Плазмида pPD1 включает также ген traC , чей продукт представляе т собой феромон-связывающий белок , облегчающий проникнове ние пептида-феромона через клеточную стенку (э ффективность феромона в сферопластах не завис ит от экспрессии гена traC [82]). Феромоны интенсивно синтезируют т олько клетки , не несущие соответствующих плазмид . У клеток-доноров подавлен синтез феромона ; более того , плазмида кодирует и нгибирующий пептид . Продуктом плазмиды pPD1, например , является пептид iPD1, инактивирующий феромон cPD1 [69, 86].
У Bacillus subtilis спору ляция эффективно происходит при в ысокой плотности клеточной популяции или при до бавлении культуральной жидкости от подобной п опуляции . Процесс регулируется плотностно-зависимой системой с олигопептидным сигнальным агентом , кодируемым геном pfrA в форме неактивного предшественника (пе птида , состоящего из 41 аминокислоты ). При э кскреции из клетки у этого пептида , как у многих других сигнальных пептидов , отщепл яется N-концевая последовательность . Остающийся пеп тид (19 аминокислот ) в свою очередь подвергается воздействию внеклеточной пептидаз ы , в результате чего получается активный сигн альный пентапептид (РЕР 5 ) [87].
Выяснен механизм активации споруляции у B. subtilis посредством РЕР 5 . Он поглощае тся внутрь клетки с помощью пермеазы олиг опептидов и при достаточной концентрации инги бирует фосфат азу RapA, образуя с ней неак тивный комплекс . В отсутствии активной фосфат азы ключевые факторы споруляции Spo0F и Spo0A поддержи ваются в рабочем – фосфорилированном – состоянии . Интересно , что ген фосфатазы rapA ко-транскрибируется вмест е с геном pfrA – они образуют единый оперон . При низкой клеточной плотности образуемый после экскреции и процессинга PfrA пептид РЕР 5 поступает в клетку в низкой (подпороговой ) концентрации , и тогд а Spo0F и Spo0A дефосфорилируются посредством RapA – спо руляции не происходит . Достижение кворума означает формирование комплекса PfrA:PEP 5 и , соответственно , запуск программы споруляции [72, 86].
Высказаны сомнения , в том что пептид РЕР 5 действительн о служит феромоном в плотностно-зависимой сис теме , поскольку в культуральную жидкост ь попадают очень незначительные количества дан ного пептида . Не застревает ли он в кл еточной стенке и не играет ли в этом случае цикл экскреции предшественника , его процессинга и обратного поглощения активного пептида просто роль своебразного таймера д ля п р оцесса споруляции ? [87]. По нашем у мнению , низкая концентрация пептида в су пернатанте культуры может означать его преиму щественную локализацию во внеклеточном матриксе . Распространение химического агента по матри ксу вполне совместимо с его феромонной ро ль ю в масштабе бактериальной популя ции.
Установлено , что плотностно-зависимые системы с пептидными феромонами регулируют компетент ность к генетической трансформации у B. subtilis и Streptococcus pneumoniae (где активируется трансформа ция генов устойчивости к антибиотикам о т других видов Streptococcus , вызывающих оральные инфекции ), а также вирулентность Staphylococcus aureus [72, 88]. Интересно , что как и системы типа luxI-luxR , пептидные п лотностно-зависимые системы регуляции во многих случаях функционируют у симбиотических /п аразитических микроорганизмов.
Более того , макроорганизм также используе т пептидные сигнальные агенты , выступающие в роли внутриорганизменных регуляторов . Например , в ответ на внедрение бактерий рода Rhizobium растение-хозяин (горо х , соя и др .) образует пептид (около 10 аминокислот ), который модифицирует эффект гормо на ауксина на растительные клетки . А именн о , изменяется концентрационная зависимость стимул яции ауксином клеточных делений . В норме ( без этого пептида ) максимальная ситмуляция н аблюдается при ~5 мкМ ауксина , и эффект ослабляется при повышении концентрации ауксина . Однако в присутствии пептидного регулятора кривая концентрационной зависимости и меет плато вплоть до ~20 мкМ [89]. Белковый феро мон в плотностно-зависимой системе у од н оклеточной эукариоты – водоросли Volvox carteri – стимулируе т рост этого микроорганизма уже в концент рации около 10 -16 М [14].
По-видимому , широко распространённым явлением у микроорганизмов является аутоиндукция рост а , позволяющая преодолеть состояние глуб о кого покоя (dormancy) [9, 14, 16]. Так , культура Micrococcus luteus , голодавшая в течение 3-6 месяцев , претерпевает лишь немного клеточны х делений после пересева на богатую среду ; далее следует остановка роста . Однако , до бавление 20-30% супернатанта друго й культуры , д оросшей до ранней стационарной фазы на бо гатой среде , предотвращает остановку роста го лодавшей популяции M. luteus и обеспечивает ее нормальный рост [14, 22].
3. Кворум-зависимые системы с фе ромонами аминной (аминокислотной ) природы . У ми ксоба ктерий Myxococcus xanthus, наряду с недиффундирующим фактором С (см . выше ), имеется диффузный фактор А , ответственный за кворум-зависимуюинициац июагрегации клеток с последующим формированием плодовых тел [90] (агрегация не происходит при плотности клеток н е менее 3 . 10 8 в мл ). Фактор А является смесью аминокислот [72, 90] и представляет собой продукт д ействия внеклеточных протеаз на поверхностные белки клеток [90]. Комбинация фактора А и д ефицита питательных веществ активирует двухкомпо нентную систему генов sasS — sasR , инициирующую агрегацию клеток и формирование плодовых тел [72]. Интересно , что входящие в состав фактора А кетогенные аминокислоты в дальнейшем утилизируются клетками через глиоксилатный шунт [72].
Рассмотренные выше плотностно-зависимые систе мы типа luxI-luxR фактически относятся к системам , базирующимся на производных аминокислоты , а именно гом осерина . Гомосерин не входит в состав белк ов . но служит универсальным для всех живых организмов интермедиатом в синтезе некоторых аминокислот . Мы рассмот рели ацилированны е лактоны гомосерина отдельно только потому , что эта система коммуникации является кл ассической.
Макро - и микроструктура колоний E. coli формируется под вли янием образуемых ее клетками градиентов атрак танта - аспарагиновой кислоты [91]. Сл ожные орнаменты (концентрически е круги , гексагональные решетки и др .) форм ируются при наложении двух градиентов феромон а - 1)исходящего от центра колонии и 2) образу емого клетками на её периферии . Аспарагиновая кислота в то же время представляет с обой эво л юционно-консервативный сигнальны й агент , втом числе один из нейротрансмитт еров (веществ , передающих возбуждение от нейро на к нейрону ) у млекопитающих.
В этой связи интересно , что другие нейротрансмиттеры , а именно биогенные амины , также эволюционно-консерв ативные сигнальные молекулы , содержатся у микроорганизмов и , бу дучи добавленными к их культурам , оказывают ростовые и структурные эффекты на микробны е колонии [18, 19, 92-95]. Так , серотонин (5-гидрокситриптамин ), нейротрансмиттер и гистогормон у высших о р ганизмов , в то же время предс тавляет интерес как возможный агент микробный коммуникации . Это предположение базируется н а данных о стимуляции агрегации клеток E. coli, Rhodospirillum rubrum и миксобакте рий рода Polyspondilum доб авленным серотонином [18]. В тех же концентр ациях (10 -7 — 10 -5 М ) серотонин стимули рует рост микроорганизмов [18, 95].
Другой нейротрансмиттер и гормон— норадренал ин , также ускоряет рост патогенных энтеробакт ерий . У патогенных штаммов он стимулирует синтез адгезина К 99 и Шига-подобных то к синов I и II [92]. Примечательно , что норадреналин не стимулирует рост непатогенных штаммов E. coli (неопубликованные данные авторов этой с татьи ). Всё это подкрепляет предположение Лайт а [92] об адаптивном характере ноадреналин-зависимой стимуляции роста бактерий . Патогенные э нтеробактерии используют защитную реакцию органи зма (интенсивный синтез норадреналина в ответ на стресс,вызванный инфекцией ) ради собственн ого блага . Микроорганизмы содержат многие дру гие нейротрансмиттеры и гормоны (гистогормоны ) вы с ших животных ( г- аминомасляная кислота , в- аланин , инсулин и др .) [92, 93], которые участвуют как во взаимодействиях между симбиотической /паразитической микробиотой и макроорганизмом , так , по-видимому , и в межклеточной коммуникации у микроорганизмов (подр обн ее см . наш обзор . [19]).
Исследование роли эволюционно-консервативных аминов и аминокислот в межклеточной коммуника ции микроорганизмов и во взаимодействии микро биоты и животного организма – тема научн ой работы , проводимой коллективом автором в настоящее вр емя . Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с электродетекцией нами обнаружен серотонин у Bacillus cereus и Staphylococcus aureus [96] (ранее он детектирован Страховской с соавт . у Enterococcus faecalis [95]), нораденалин у всех исследованных б ацилл , Proteus vulgaris, Serratia marcescens, дрожжей , грибка Penicillum chrysogenum , а дофамин – у широкого кру га исследованных прокариот [96].
Представляет интерес также наличие у микроорганизмов белков , гомологичных рецепторам н ейромедиаторов . Так , пурп урная фототрофная бактерия Rhodobacter sphaeroides с одержит гомолог бензадипинового рецептора — одного из типов рецепторов к тормозному н ейромедиатору г- амин омасляной кислоте [97]. Известно , что митохондрии эукариотических клеток – симбиотические потомки п рокариот , а именно , той их подгру ппы , в состав которой входит и R. sphaeroides. Поэтому исследования б актериальных рецепторов к нейромедиаторам и в целом эффектов эволюционно-консервативных нейром едиаторов в микробных системах весьма актуаль ны для нейрохим ии мозга в связи с данными о рол и митохондрий мозговых нейронов в связывании нейромедиаторов . Mитохондрии нейронов содержат рецепторы к глутамату (NMDA-подтипа ) [98]. Если глут амат присутствует в высоких концентрациях , ег о связывание с этими митохондриальн ыми рецепторами ведёт к массивному поступлению ионов Са 2+ вну трь митохондрий , диссипации мембранного потенциал а , снижению внутриклеточной концентрации АТФ и в конечном счёте к апоптозу (см . выше ). Апоптоз нейронов мозга в связи с изб ыточными концентрациям и глутамата и други х нейромедиаторов , вероятно , происходит при та ких нейродегенеративных заболеваниях , как ишемиче ский инсульт , болезни Паркинсона , Альцгкймера и Хантингтона [98].
Необходимо указать на ещё один класс микробных сигнальных молекул , также пре дставляющих собой эволюционно-консервативные агенты – на олигосахарины. К данному классу веществ относя тся короткие цепочки из моносахаридных остатк ов , к которым могут быть прикреплены липид ные фрагменты . Пример представляет факторы Nod, в ырабатываемые клу беньковыми бактериями (р . Rhizobium , плотностно-зависима я система типа luxI-luxR рассмотрена выше ) в контексте обмена сигналами между ними и клетками бобового растения-хозяина . Выделяемые растением флавоноиды активируют транскрипцию бактериальных генов nod. Непосредственно акт ивируется ген nodD , чей продукт служит активатором других генов nod. Продукты этих генов (в частности NodС ) отвечают за син тез факторов Nod – ацилированных коротких хитин овых фрагментов (2-5 хитиновых мономеров в цепи ). Они вызывают множественные эффекты на корневые клетки , приводящие к их дедиффер енцировке , активному делению и формированию к лубеньков , содержащих клетки бактерий , превративши еся в азотфиксирующие бактероиды под воздейст вием сигналов растения [10, 99, 100].
В свете сов ременных данных , олигос ахарины и подобные им соединения образуются также высшими растениями и животными . Так , белок DG42, гомолог NodC Rhizobium, присутствует в эмбрионах лягушки Xenopus начиная со стади и средней бластулы и вплоть до стадии нейрулы . Белок DG42 также способен к си нтезу хитиновых олигосахаридов [101].
E. coli, Bacillus subtilis, дрожжи Candida utilis выделяют в ок ружающую среду ряд однотипных соединений,способст вующих адаптации микроорганизмов к разным стр ессовым условиям - смене среды роста, пов ышенной температуре,присутствию антибиотиков или N- этилмалеимида [102-104]: 1) "m -замедлина " (фактора Х II ), снижающего скорость роста бактерий и тем самым способствующего пре одолению стресса по принципу "снижая передачу у автомобиля , повышаешь его про ходимо сть "; 2) антилизина (фактора Х I) , ускоряющего адаптацию клеток к N-этилмалеимиду (не обнаружен у C. utilis ); 3) "фактора ускоренной адаптации к новой среде " (ФУАНС ) [102-104]. Подобно лактонам гомосерина , данные сигнальные вещества активны и на межви довом уровне – так , феромоны E. coli вызыв ают специфические эффекты у B. subtilis и C. utilis (например , "m -замедлин " E. coli оказывал рост-ингибирующее действие на растущие клетки B. subtilis) [104].
Мы рассмотрели ряд важнейших химических факторов комму никации между микробными клетками , но их перечень , конечно , остаётс я неполным . Более того , список микробных с игнальных агентов непрерывно пополняется в по следние годы , особенно в связи с изучением эволюционно-консервативных агентов межклеточной / межорганиз м енной коммуникации.Помимо расс мотренных биогенных аминов , к ним относятся также , например , активные формы кислорода (А ФК ), такие как О 2 - , Н 2 О 2 , ОН . и их производные . АФК , вероятно , выступают как водители ритма колебательных процессов , регулирующих активнос ть разли чных биосистем ; их воздействие может передава ться в виде резонансного возбуждения по м ежклеточному матриксу ; матрикс способен к ген ерации собственных АФК , хотя и с низкой эффективностью (В.Л . Воейков , неопубликованная ру копись ). Как производное АФ К рассматр ивают окись азота , нейромедиатор и эволюционн о-консервативный регулятор разнообразных процессов у про - и эукариот (ср . наш обзор [19]).
Физические факторы межклеточной коммуникации у микроорганизмов . В литературе накапливаются данные о взаимовлиян ии м икробных колоний в ситуации , когда невозможен обмен химическими сигналами . Так , гибнущая под воздействием хлорамфеникола культура Vibrio costicola посы лает сигнал , стимулирующий рост другой культу ры , отделенной от неё слоем стекла [105]. В ряде случаев предполагается синергидное действие различных каналов межклеточной коммуник ации , а именно химических сигналов и физич еских полей ; это вытекает из опытов по влиянию одной бактериальной колонии на адг езивные свойства другой (Ю.А . Николаев , неопубли кованные данные ). Клетки Bacillus carbonifillus повышают свою резист ентность к антибиотикам и их рост стимули руется в ответ на сигналы , посылаемые друг ой микробной культурой (того же или иного вида бактерий ); опыт ставили так , что донор и реципиент сигналов культив ировали на двух половинах одной чашки Петри , разделенных сплошной стеклянной перегородкой [106, 107]. В качестве конкретных физических факторов гип отетически предлагаются : 1) электромагнитные волны [105] (по аналогии с эукариотическими клетками , гд е эффек т ы ультрафиолетовых лучей установлены – это митогенетический эффект А . Гурвича ); 2) ультразвук [106, 107].
Необходимо признать , что физические факто ры дистантной коммуникации микробных клеток и их роль в плотностно-зависимых процессах пока ещё находятся в с тадии "первонача льного накопления " эмпирических данных.Дальнейшие исследования в этом направлении могут дать результаты , выходящие за рамки чисто микроб иологических исследований , так как уже имеютс я аналогичные данные по культивируемым клетка м (в том числ е человека )[108, 109]. Данны е о физических (в частности , электромагнитных ) факторов межклеточных и – беря шире – межорганизменных – взаимодействиях могут послужить толчком к изменению современной парадигмы биологии в пользу более континуальн ого , резонансно г о , полевого видения биологических объектов . Сам одно - или даже многоклеточный организм при этом представляе тся как своего рода сгусток физических по лей (и добавим , учитывая предшествующий текст обзора , также , сгусток химических градиентов сигнальных агент о в ), без резких границ переходящий в обволакивающее этот о бъект поле . Своего рода материализацией обвол акивающего биологические индивиды поля выступает рассмотренный в тексте обзора межклеточный матрикс.
Настоящая работа имеет и ещё один аспект . Рассмотренн ые в ней данные последних десятилетий показывают , что адекватно понять колониальную организацию и межклеточную коммуникацию микроорганизмов можно лишь в том случае , если учесть всю гамму не только внутривидовых , но и межвидовых эколо гических отношений . Ин а че , говоря биосоциальные микробные системы непременно "впаян ы " в более сложные экологические системы , во многих случаях включающие как микро -, т ак и макроорганизмы . Поэтому и агенты микр обной коммуникации в плотностно-зависимых система х часто функционирую т именно в связи с процессами , важными для налаживания отношений между микро - и макроорганизмами (с м . выше ).
Если макроорганизм-хозяин – человек , то его симбиотическая / паразитическая микробиота п редставляет своеобразный "камертон ", чутко реагирую щий на сом атическое состояние , уровень стресса , даже настроение этого человека . Пос кольку состояние отдельного человека находится под влиянием его взаимоотношений с другими людьми в рамках социума , то микробные симбионты должны косвенно отзываться на со циально-псих о логический "климат " и пото му иметь определенное биосоциологическое и би ополитическое значение.
Список литерату ры
1. Shapiro J.A. The significances of bacterial colony patterns // BioEssays. 1995. V. 17. N 7. P. 597-607.
2. Иерусалимский И.Д . Физиоло гия ра звития чистых бактериальных культур . Докторская диссертация . М . 1952.
3. Головлёв Е. Л. Философия бактериальной популя ции : научное наследие академика И.Д . Иерусалимс кого // Микробиология . 1999. В печати .
4. Олескин А. В . Надорганизменный уровень вза имодейс твия в микробных популяциях // Микро биология . 1993. Т .62. № 3. С .389-403.
5. Oleskin A.V. Social behaviour of microbial populations // J. Basic Microbiol. 1994. V.34. N 6. P.425-439.
6. Смирнов С.Г . Этология бактерий – новое направление в исследовании пр окариотов // Физико-химические исследования патогенных энтеробактерий в процессе культив ирования . Иваново . ИвГУ . 1985. С .5-10.
7. И.В . Ботвинко . Экзополисах ариды бактерий // Успехи микробиологии . 1985. Т .20. С .79-122.
8. Gray K.M. Intercellular communica tion and group behavior in bacteria // Trends Microbiol. 1997. V.5. N 5. P.184-188.
9. Kell D.G., Kaprelyants A.S., Grafen A. Pheromones, social behaviour and the functions of secondary metabolism in bacteria // Tree. 1995. V.10. P.126-129.
10. Losick R. , Kaiser D. Why and how bacteria communicate // Sci. Amer. 1997. February. P.68-73.
11. Shapiro J.A., Dworkin M. (eds.). Bacteria as multicellular organisms. Oxford. Oxford Univ. Press. 1997.
12. Salmond G.P.C., Bycroft B.W., Stewart C.S.A.B., Williams P. . The bacterial "enigma": cracking the code of cell-cell communication // Mol. Microbiol. 1995. V. 16. N 4. P.615-624.
13. Greenberg E.P, Winans S., Fuqua C. Quorum sensing by bacteria // Ann. Rev. Microbiol. 199 6. V.50. P . 727-751.
14. Kaprelyants A.S., Mukamolova G.V., Kormer S.S., Weichart D.H., Young M., Kell D.B. Intercellular signalling and the multiplication of prokaryotes // Microbial Signalling and Communication. Society for General Microbiology Symposium 57. /Ed. R. England, G. Hobbs, N. Bainton, D. McL. Roberts. Cambridge: Cambridge University Press. 1999. P.33-69.
15. Kaiser D., L osick R. How and why bacteria talk to each other // Cell. 1993. V.79. P.873-885.
16. Kaprelyants A.S., Kell D.B. Do bacteria need to communicate with each other for growth? // Trends Microbiol. 1996. V.4. P.237-241.
17. Уголев А.М .. Естественные технолог ии биологических систем . Л . Н аука . 1987.
18. Олескин А.В ., Кировская Т.А ., Ботвинко И.В ., Лысак Л.В. Действие серотонина (5-окситриптамина ) на рост и дифференциацию микроорганизмов // Микробиология . 1998. Т .67. № 3. С .305-312.
19. Олескин А.В ., Ботвинко И.В ., Кировская Т.А. Микробная эндокринология и биополитика // Вестн . Моск . Ун-та . Сер . Биология . 1998. № 4. С .3-10.
20. Олескин А.В. Политический потенциал современ ной биологии // Вестн . Росс . Акад . Наук . 1999. № 1. С .35-41.
21. Кузнецов О. Ю. Структурно -функциональная организация колонии Shigella flexneri Rd // Электронная микроскопия для исследо вания функциональных изменений структуры клетки при различных воздействиях . М . 1988. С .89-92.
22. Votyakova T.V., Kaprelyants A.S., Kell D.B. Influence of viabl e cells on the resuscitation of dormant cells in Micrococcus luteus cultures held in extended stationary phase. The population effect // Appl. Environ. Microbiol. 1994. V.60. P.3284-3291.
23. Kaprelyants A.S., Kell D.B. Rapid assessment of bacterial viabi lity and vitality using rhodamine 123 and flow cytometry // J. Appl. Microbiol. 1992. V.72. P.410-422.
24. Вотякова Т. В ., Мукамолова Г.В ., Штейн-Марголина В.А ., Попов В.И ., Дэви Х.М ., Келл Д.Б ., Капрельянц А.С . Исследование гетерогенности культуры Microco ccus luteus , пребывающей длительное время в стацион арной фазе . Разделение и характеристика субпо пуляций // Микробиология . 1998. Т .67. № 1. С .85-92.
25. Shapiro J.A. Pattern and control in bacterial colonies // Sci. Progr. 1994. V.76. P.399-424.
26. Legro ux R. , Magrou J. Etat organise des colonies bacteriennes // Ann. Inst. Pasteur. 1920. V.34. P.417-431.
27. Costerton J.W. Microbial interactions in biofilms // Beijerinck Centennial. Microbial Physiology and Gene Regulation: Emerging Principles and Applic ations. Book of Abstracts /Ed. W.A. Scheffers, J.P. van Dijken. Delft. Delft. Univ. Press. 1995. P.20-21.
28. Дуда В.И ., Выпов М.Г ., Сорокин В.В ., Митюшина Л.Л ., Лебединский А.В . Образование бактериями экстрацеллюлярных структур , содержащих гемопротеины / / Микробиология . 1995. Т .64. № 1. С .69-73.
29. Дуда В.И ., Дмитриев В.В ., Сузина Н.Е ., Шорохова А.П ., Ми шина Г.В. Ультраструктурная орган изация газовых баллонов и поверхностных плено к в колониях у грамотрицательной бактерии Alcaligenes sp., штамм d 2 // Мик робиоло гия . 1996. Т . 65. № 2. С .222-227.
30. . Дуда В.И ., Ильченко А.П ., Дмитриев В.В ., Шорохова А.П ., Су зина Н.Е . Выделение и характеристика гемофлаво протеина из грамотрицательной бактерии Alcaligenes sp., штамм d 2 // Ми кробиология . 1998. Т .67. № 1. С .12- 18.
31. Мартынкина Л.П ., Милько Е.С. Ультраструктурн ые особенности диссоциантов Rhodococcus rubropertinctus и Streptococcus lactis // Микробиология . 1991. Т . 60. № 2. С .334-338.
32. Могильная О.А ., Милько Е.С ., Медведева С.Е. Сравнительное электронно-мик роскопическое изучение колонии и клеток диссоциантов р одококка // Прикл . Биохим . Микробиол . 1994. Т .30. № 6. С .877-882.
33. Будрене Е.О. Образование пространственно упо рядоченных структур в колониях подвижных бакт ерий на агаре // Докл . АН СССР . 1985. Т .283. № 2. С .470-473.
34. Шапиро Дж.А. Бактерии как многоклеточные организмы //В мире науки . 1988. № 8. С .46-54.
35. Shapiro J.A., Trubatch D. Sequential events in bacterial colony morphogenesis // Physica D. 1991. V.49. N 1-2. P.214-223.
36. Shapiro J. A. Differential action and differential expression of DNA polymerase I during Escherichia coli colony development // J. Bacteriol. 1992. V.174. N.22. P. 7262-7272.
37. Harshey R.M. Bees aren ’ t the only ones: swarming in Gram-negative bacteria // Mol. Micr obiol. 1994. V.16. N. 3. P.389-394.
38. Rauprich O. , Matsushita M., Weijer C.J., Siegert F., Esipor S.E., Shapiro J.A. Periodic phenomena in Proteus mirabilis swarm colony development.// J. Bacteriol. 1996. V.178. N.22. P.6525-6538.
39. Eberl L., Winson M.K., Sternberg C., Stewart G.S.A.B., Christiansen G., Chabra S.R., Bycroft B.W., Williams P., Molin S., Givskov M. Involvement of N-acyl-L-homoserine lactone autoinducers in control of multicellular behavior of Serratia liquefaciens // Mol. Microbiol. 199 6. V.20. P.127-136.
40. Stahl S.J., Stewart K.R., Williams F.D. Extracellular slime associated with Proteus mirabilis during swarming // J. Bacteriol. 1983. V.154. P.930-937.
41. Gygi D. , Rahmen M.M., Lai H.-C., Carlson R., Guard-Petter J., Hughes C. A c ell surface polysaccharide that facilitates rapid population migration by differentiated swarm cells of Proteus mirabilis // Mol. Microbiol. 1995. V.17. P.1167-1175.
42. Matsuyama T. , Kaneda K., Nakagawa Y., Isa K., Hara-Hotta H., Yano I. A novel extracellular cyclic lipopeptide which promotes flagellum-dependent and – independent spreading growth of Serratia marcescens // J. Bacteriol. 1992. V.174. P. 1769-1776.
43. Бабский В.Г . Явление с амоорганизации у бактерий на клеточном и популяцион ном уровнях // Нелинейные волны . Д инамика и эволюция . 1989. С .299-303.
44. Розен В.Б. Основы эндокринологии . М . Изд- во МГУ . 1994.
45. Сафронова И.Ю ., Ботвинко И.В. Межклеточный матрикс Bacillus subtilis 271: полимерный состав и функции // Микробиология . 1998. Т .67. № 1. С .55-60.
46. Павлова И.Б ., Куликовский А.В ., Ботвинко И.В ., Джентемирова К.М ., Дроздова Т.И. Электронно-мик роскопическое исследование развития бактерий в колониях . Морфология колоний бактерий // Журн . Микробиол . Эпидемиол . Иммунобиол . 199 0. № 12. С .15-20.
47. Павлова И.Б ., Куликовский А.В ., Ботвинко И.В ., Джентемирова К.М ., Дроздов а Т.И . Электронно-микроскопическое исследование раз вития бактерий в колониях . Гетероморфный рост бактерий в процессе естественного развития популяции // Журн . М икробиол . Эпидемиол . Иммунобиол . 1990. № 12. С .12-15.
48. Феофилова Е.П. Трегалоза , стресс и анаби оз // Микробиология .1992. Т .61. № 5. С .739-753.
49. Новик Г.И ., Высоцкий В.В. Архитектоника по пуляций бифидобактерий : субмикроскопический аспект когезии кле ток Bifidobacterium adolescentis и Bifidobacterium bifidum // Микробиология . 1995. Т . 64. № 2. С .222-227.
50. Raff M. Cell suicide for beginners // Nature. 1998. V.396. P.119-122.
51. Green D.R. Apoptotic pathways: the roads to ruin // Cell. 1998. V.94. P.695-698.
52. Devreotes P. Dictyostellium discoideum : a model system for cell-cell interactions in development // Science. 1989. V.245. P.1054-1058.
53. Mutzel R . Introduction. Molecular biology, growth and development of the cellular slime mold Dictyos tellium discoideum // Experientia. 1995. V.51. N 12. P.1103-1110.
54. Yarmolinsky M.B. Programmed cell death in bacterial populations // Science. 1995. V. 267. P.836-837.
55. Акайзин Е . О ., Воскун С.Е ., П анова Л.А ., Смирнов С.Г . Гетерогенность популяци и Escherichia coli в процессе индуцированного автолиза // Микробиология . 1990. Т .59. С .283-288.
56. Aizenman E . , Engelberg-Kulka H., Glaser G. An Escherichia coli chromosomal "addiction module" regulated by 3 ’ ,5 ’ -bispyrophosphate: a model for programmed bac terial cell death // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V.93. P.6059-6063.
57. Nystrц m T. To be or not to be: the ultimate decision of the growth-arrested bacterial cell // FEMS Microbiol. Rev. 1998. V.21. P.283-290.
58. Lipkin R. Bacterial chatter. How p atterns reveal clues about bacteria ’ s chemical communication // Sci. News. 1995. V.147. P.136-141.
59. Паников Н.С ., Добровольска я Т.Г ., Лысак Л.В . Экология коринеподобных ба ктерий // Усп . Микробиол . 1989. Т .23. С .51-91.
60. Паников Н.С ., Симаков Ю.В. Вл ияние микроартропод на скорость разложения растительно го опада // Экология . 1986. № 4. С .350-352.
61. Паников Н.С . Кинетика роста микроорганизмов . М .: Наука . 1991. 311 с .
62. Hamilton W.D. The genetical evolution of social behaviour // J. Theor. Biol. 19 64. V.7. P.1-52.
63. Shub A.B. Bacterial altruism? // Curr. Biol. 1994. V. 4. N 6. P.555-556.
64. Yu Y. - T.N., Snyder L. Transcription elongation factor Tu cleaved by a phage exclusion system // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. V.91. P.802-806.
65. Parm a D.H., Snyder M., Sobolevski S., Nawroz M., Brody E., Gold I. The Rex system of bacteriophage: tolerance and altruistic cell death // Genes Dev. 1992. V.6. P.497-510.
66. Медников Б. М.. Истоки альтруизма // Человек . 1995. № 6. С .26-36.
67. Дуда В.И ., Пр онин С.В ., Эль-Регистан Г.И ., Капрельянц А.С ., Митюшин Л.Л. Образование покоящихся рефрактильных клеток у Bacillus cereus под влиянием ауторегуляторного фактора // Микробиология . 1982. Т .51. № 1. С .77-81.
68. Светличный В.А ., Эль-Регистан Г.И ., Романова А .К ., Ду да В.И . Характеристики ауторегуляторного фактора d 2 , вызывающего автолиз клеток Pseudomonas carboxydoflava и Bacillus cereus // Микробиология . 1983. Т .52. № 1. С .33-38.
69. Хохлов А.С. Низкомолекулярные микробные аут орегуляторы . М . Наука . 1988.
70. Fuqua W.C., Winans S.C., Greenberg E.P. Quorum sensing in bacteria: the LuxR-LuxI family of cell density-responsive transcriptional regulators // J. Bacteriol. 1994. V.176. N. 2. P.269-275.
71. Brandner J.P., Kroos L. Identification of the W 4400 regu latory region, a developmental promoter of Myxococcus xanthus // J. Bacteriol. 1998. V.180. N 8. P.1995-2002.
72. Mamson M.D., Armitage J.D., Hoch J.A., Macnab R.M. Bacterial locomotion and signal transduction // J. Bacteriol. 1998. V.180. N 5. P.1009-102 2.
73. Will D., Wu S.S., Kaiser D. Contact stimulation of Tgl1 and type IV pili in Myxococcus xanthus // J. Bacteriol. 1998. V.180. N 3. P.759-761.
74. Bowden M.G., Kaplan H.B. The Myxococcus xanthus lipopolysaccharide O-antigen is required for social mo tility and multicellular development // Mol. Microbiol. 1998. V.30. N 2. P.275-284.
75. Павлова И.Б . Морфология колоний бактерий в процессе развития в среде обитания (электронно-микроскопическое исследова ние ) Тезисы докладов конференции Московской г осудар ственной академии ветеринарии , медицины и бактериологии им . К.И . Скрябина . М .: МГ АВМиБ . 1993. Т .3.