9.4 Boðskipti í einfrumungum

Hæfniviðmið

Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:

• Lýst hvernig einfruma gersveppir nota frumuboðskipti til að eiga samskipti sín á milli
• Tengt hlutverk samorumskynjunar (quorum sensing) við getu sumra baktería til að mynda lífhimnur

Innanfrumuboðskipti gera bakteríum kleift að bregðast við umhverfisvísbendingum, svo sem styrk næringarefna. Sumir einfrumungar losa einnig sameindir til að senda boð sín á milli.

Boðskipti í gersveppum

Gersveppir eru heilkjörnungar (sveppir) og þættirnir og ferlin sem koma við sögu í boðskiptum gersveppa eru svipuð þeim sem finnast í boðskiptum frumuyfirborðsviðtaka í fjölfrumungum. Knappskotssveppir (Mynd 9.16) geta tekið þátt í ferli sem líkist kynæxlun og felur í sér að tvær einlitna frumur, frumur með helming venjulegs litningafjölda, sameinast og mynda tvílitna frumu, frumu með tvö sett af hverjum litningi eins og venjulegar líkamsfrumur hafa. Til að finna aðra einlitna gersveppsfrumu sem er tilbúin til pörunar seyta knappskotssveppir boðsameind sem kallast pörunarþáttur. Þegar pörunarþáttur binst frumuyfirborðsviðtökum á nálægum gersveppsfrumum stöðva þær eðlilegan vaxtarhring sinn og hefja frumuboðfallsröð sem felur í sér próteinkínasa og GTP-bindiprótein sem líkjast G-próteinum.

Boðskipti í bakteríum

Boðskipti í bakteríum gera þeim kleift að fylgjast með aðstæðum utan frumunnar, tryggja að næg næringarefni séu til staðar og forðast hættulegar aðstæður. Við ákveðnar aðstæður eiga bakteríur þó samskipti sín á milli.

Fyrstu vísbendingar um samskipti baktería sáust í bakteríu sem lifir í samlífi við hawaiískan stutthalasmokkfisk. Þegar þéttleiki bakteríustofnsins nær ákveðnu stigi hefst tjáning tiltekinna gena og bakteríurnar framleiða lífljómandi prótein sem gefa frá sér ljós. Þar sem fjöldi frumna í umhverfinu, frumuþéttleiki, ræður boðskiptunum voru þessi bakteríuboðskipti nefnd samorumskynjun (quorum sensing). Í stjórnmálum og viðskiptum er quorum lágmarksfjöldi meðlima sem þarf að vera viðstaddur til að greiða atkvæði um mál.

Sumar bakteríutegundir sem nota samorumskynjun mynda lífhimnur, flóknar bakteríunýlendur, oft með nokkrum tegundum, sem skiptast á efnaboðum til að samhæfa losun eiturefna sem ráðast á hýsilinn. Bakteríulífhimnur (Mynd 9.18) geta stundum fundist á lækningatækjum; þegar lífhimnur berast inn í ígræði, svo sem gervimjaðmir, gervihné eða gangráða, geta þær valdið lífshættulegum sýkingum.

Myndræn tenging

Hver eftirfarandi fullyrðinga um samorumskynjun er röng?

1. Sjálfvirkjandi efni verður að bindast viðtaka til að kveikja á umritun gena sem bera ábyrgð á framleiðslu meiri sjálfvirkjandi efni.
2. Viðtakinn helst í bakteríufrumunni, en sjálfvirkjandi efnið flæðir út.
3. Sjálfvirkjandi efni getur aðeins verkað á aðra frumu: hann getur ekki verkað á frumuna sem hann er myndaður í.
4. Sjálfvirkjandi efni kveikir á genum sem gera bakteríunni kleift að mynda lífhimnu.

Myndræn tenging

Rannsóknir á smáatriðum samorumskynjunar hafa leitt til framfara í ræktun baktería í iðnaðartilgangi. Nýlegar uppgötvanir benda til þess að hægt sé að nýta boðferli baktería til að stjórna bakteríuvexti; þetta ferli gæti komið í stað sýklalyfja, eða bætt þau, þegar þau eru ekki lengur áhrifarík við ákveðnar aðstæður.

Tengill á námsefni

Horfðu á erfðafræðinginn Bonnie Bassler ræða uppgötvun sína á samorumskynjun í lífhimnubakteríum í smokkfiski.

Þróunarfræðileg tenging

Frumuboðskipti í gersveppum

Fyrstu frumulífsformin á jörðinni voru líklega einfruma dreifkjörnungar sem höfðu takmörkuð samskipti sín á milli. Þótt einhver ytri boðskipti eigi sér stað milli mismunandi tegunda einfrumunga varða flest boðskipti baktería og gersveppa aðeins aðra einstaklinga sömu tegundar. Þróun frumuboðskipta er alger forsenda þróunar fjölfrumunga og talið er að þessi nýjung hafi tekið um 2 milljarða ára að birtast í fyrstu lífsformum.

Gersveppir eru einfruma heilkjörnungar og hafa því kjarna og frumulíffæri sem einkenna flóknari lífsform. Samanburður á erfðamengjum gersveppa, þráðorma, ávaxtaflugna og manna sýnir þróun sífellt flóknari boðkerfa sem gera skilvirka innri starfsemi mögulega og halda mönnum og öðrum flóknum lífsformum starfandi á réttan hátt.

Kínasar eru mikilvægur þáttur í frumuboðskiptum og rannsóknir á þessum ensímum sýna þróunarfræðileg tengsl mismunandi tegunda. Gersveppir hafa 130 gerðir kínasa. Flóknari lífverur, svo sem þráðormar og ávaxtaflugur, hafa 454 og 239 kínasa, í þeirri röð. Af 130 gerðum kínasa í gersveppum tilheyra 97 þeim 55 undirflokkum kínasa sem finnast í öðrum heilkjörnungum. Eini augljósi skorturinn í gersveppum er algjör fjarvera týrósínkínasa. Tilgátan er sú að fosfórun týrósínleifa sé nauðsynleg til að stjórna flóknari ferlum þroskunar, sérhæfingar og frumuboðskipta í fjölfrumungum.

Vegna þess að gersveppir innihalda marga af sömu flokkum boðpróteina og menn eru þeir tilvaldir til rannsókna á boðfallsröðum. Gersveppir fjölga sér hratt og eru mun einfaldari lífverur en menn eða önnur fjölfruma dýr. Þess vegna eru boðfallsraðir þeirra einnig einfaldari og auðveldari í rannsóknum, þótt þær innihaldi hliðstæður við boðskipti manna.

Tengill á námsefni

Horfðu á þetta safn viðtalsbrota við lífhimnurannsakendur í „Hvað eru bakteríulífhimnur?“