Эффект кворума

Чувство кворума
Чувство кворума— способность некоторых микроорганизмов «общаться» и координировать своё поведение за счёт секреции молекулярных сигналов.
Впервые наблюдалось у бактерии Vibrio fischeri, живущей как симбионт в световых органах одного из видов гавайских кальмаров. Когда клетки Vibrio fischeri живут свободно, автоиндукторы находятся в низкой концентрации. В световом органе кальмара они чрезвычайно сконцентрированы (около 1011 клеток/мл), и поэтому индуцируется транскрипция люциферазы, приводя к биолюминесценции.
1

Слизевики, бактерии, губки
Однако важен не только хемосигналинг, а и контактные взаимодействия.
2

Эволюция сигнальных систем
3

До недавнишнего времени считалось, что хемосигналинг прокариот и эукариот не имеет ничего общего
Геномы прокариот и архей имеют белки трансмембранного рецептора гистидинкиназы, тирозинкиназы и серин-треонинкиназ, рецепторных форм аденилатциклаз и фосфодиэстеразы
От прокариот
4

Рецепторы
G-белки
Эффекторы
Вторичные мессенджеры
Адаптивные молекулы
Сигнальные молекулы-ферменты
Конечные мишени
Рецептор
Сигнальная молекула/адаптер
Мишень
Компоненты
5

Эволюция рецепторов – самые древние рецепторы-ферменты /2 в 1/. Как пример гистидинкиназы и рецептор-подобные тирозиновые киназы;
Откуда появились рецепторы у прогенотов? Очевидно, из преобразования генов транспортных белков;
Целый ген – фрагментация за счет МГЭ и рекомбинация между копиями генов и генами ферментов.
Минимальная сигнальная система
6

ЭВОЛЮЦИЯ
Ген транспортного белка
Рецепторный участок
Домен локализации
Эволюция генов
Ген ферментов киназ
Каталитический промежуток, которые отвечает за фосфорилирование
Транспортный
Субстрат- распознающий
Локализации
7

Каталитический домен
Субстрат-распознающий домен
Присоединение остатка органической кислоты к аминокислоте
Новые измененные вещества, но сходные со старыми сайтом распознавания
Вещества попадают в клетку через мембрану
На рецепторы других клеток
Дальнейшее изменение субстратной специфичности рецепторных белков приводит к разнообразию того, на какие вещества рецепторы реагируют.
Новый гибридный ген
Ген лигазы
8

Несколько этапов становления многоклеточности
840-740 млн лет назад появились первые эволюционные пробы многоклеточности - хайнаньская биота — для них характерно членистое строение, отражающее дупликацию генетического материала, осуществляемую ретротранспазонами.
Вторая попытка многоклеточной жизни — эдиакарская фауна –организмы, форма тела которых была построена по типу «стеганого одеяла», т. е. оно состояло из однообразных члеников, устроенных по одному образцу пример «игр» ретротранспазонов.
Не хватало механизмов распознавания «своего-чужого»
Накопилось большое количество ретроэлементов в геноме.
9

R
Пептиды, АК
R
Участки белка
R
Углеводы
R
Полисахариды
R
Гликопротеины, гликолипиды
Рекомбинация генов
Контактные узнаваемости внешних гликопротеинов, гликолипидов, полисахаридов и белков биопленок.
V(D)J- рекомбинация
Разнообразие адгезионных рецепторов.
Возможность формирования разнообразных клеток, несущих разные маркеры.
Врожденные механизмы распознавания «свой-чужой» и «кто с кем».
Возможность появления тканей и многоклеточности.
10

Кроме хемосигналинга многоклеточным организмам необходимы клеточные взаимодействия;
Примитивная сигнальная система может состоять из 2-3 компонентов;
Самыми древними элементами сигнальных систем считаются рецепторы-ферменты, которые появляются за счет рекомбинации генов от гена транспортного белка и гена киназы;
Молекулы-адаптеры/мишени появились за счет рекомбинации нового гибридного гена и гена лигаз;
Дальнейшее изменение субстратной специфичности рецепторных белков приводит к разнообразию того, на какие вещества рецепторы реагируют;
В эволюции многоклеточных организмов было несколько попыток их создания, однако такие организмы были неконкуретноспособными, так как не имели адгезионных механизмов;
Далее идет развитие таких механизмов с помощью рекомбинации генов, появляется возможность формирования разнообразных клеток с различным набором маркеров, как следствие, появление адгезионных механизмов и становление многоклеточности;
Такие сложные сигнальные системы и контактные взаимодействия не могли протекать у прокариот, так как их геном достаточно мал для возможности рекомбинаций.
Выводы
11

Спасибо за внимание!