QS-Реакции у грамположительных микроорганизмов

СИГНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ БАКТЕРИЙ

Традиционное представление о бактериях, как строго одноклеточных организмах, в последние годы меняется – сейчас доминирует представление о микробных сообществах как целостных структурах, регулирующих свои поведенческие реакции в зависимости от изменения условий обитания. Колонии практически всех видов бактерий демонстрируют способность к клеточной дифференцировке и многоклеточной организации.

Это проявляется при росте бактерий в их природных местах обитания, где они формируют многоклеточные структуры: биопленки, бактериальные маты, плодовые тела и др.

«Ощущение кворума» (Quorum Sensing, 1994 год) - восприятие клетками изменений среды, которые наступают при достижении бактериальной культурой некоторой пороговой численности, и реакция на эти изменения.

QS-системы ответственны за такие процессы, как:

- биолюминесценция, например, у морских бактерий Vibrio fisheri и V.harveyi;

- агрегация клеток миксобактерий и последующее формирование плодовых тел со спорами;

- споруляция у бацилл;

- стимуляция роста у стрептококков и ряда других микроорганизмов;

- конъюгация с переносом плазмид, например, у Enterococcus faecalis;

- синтез факторов вирулентности у патогенов животных (Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus);

- формирование биопленок, например, у Р.aeruginosa.

Серьёзной проблемой клинической практики является широкое распространение устойчивых форм микроорганизмов, снижающее эффективность применения антибактериальных препаратов. Особенную трудность представляет повышенная лекарственная устойчивость бактерий в биопленках. Для синтеза факторов вирулентности, антибиотиков и формирования биопленок бактерии часто используют QS-системы.

Поэтому изучение механизмов QS-реакций открывает новые возможности для предупреждения и лечения болезней, вызванных микробными агентами, а также позволяет по-новому взглянуть на сложный комплекс межвидовых бактериальных взаимодействий в природных местах обитания микроорганизмов.

QS-Реакции у грамположительных микроорганизмов

Грамположительные бактерии обычно осуществляют коммуникации, используя олигопептидные сигнальные молекулы.

При переходе популяции бактериальных клеток в стационарную фазу роста обнаруживаются сигнальные молекулы, при помощи которых клетки контактируют друг с другом.

Общую схему коммуникаций грамположительных бактерий можно представить следующим образом: сначала в клетке синтезируется предшественник, который, модифицируясь, превращается в зрелый олигопептид, который выделяется наружу клетки экспортером и накапливается в межклеточном пространстве по мере того, как растёт плотность бактериальных клеток. Двухкомпонентная сенсорная киназа, пронизывающая мембрану, распознает сигнал и осуществляет его передачу в клетку в процессе каскадного фосфорилирования.

1) Классической пептидной QS-системой можно считать систему, отвечающую за конъюгативный перенос плазмид у Enterococcus faecalis и родственных бактерий.

Плазмиды — дополнительные факторы наследственности, расположенные в клетках вне хромосом и представляющие собой кольцевые (замкнутые) или линейные молекулы ДНК. Они способны удваиваться (реплицироваться) автономно, но при этом они эксплуатируют репликационную систему клетки хозяина. Большинство плазмид кодирует специальные белки — инициаторы репликации. Эти белки начинают процесс репликации, который затем подхватывается и продолжается репликационной системой клетки.

1 – кольцевая ДНК, 2 – плазмиды

Эта система стимулирует распространение в микробной популяции признаков, важных для взаимодействия микроорганизма и животного-хозяина, а также необходимых для устранения конкуренции.

Плазмида pPDl отвечает за синтез гемолизинов, плазмида pCDl - за образование бактериоцина, плазмида pCFlO - за устойчивость E.faecalis к тетрациклину.