يسمى نظام الاتصال بين الخلايا في الكائنات الحية الدقيقة بالنظام إدراك النصاب (كيو إس ). اليوم، يتم تعريف نظام QS على أنه نظام للتعبير الجيني المنسق في مجتمع ما، اعتمادًا على كثافته، باستخدام جزيئات الإشارة الصغيرة. وكما هو مذكور أعلاه، تم وصف هذه الآلية لأول مرة في عام 1970 من قبل نيلسون في البكتيريا البحرية فيبريو فيشريكنظام لتنظيم تلألؤ بيولوجي. في البداية، كان من المفترض أن هذه الآلية التنظيمية هي سمة من سمات عدد صغير فقط من الأنواع ذات الصلة الوثيقة من الجنس الضمةومع ذلك، أظهرت الأبحاث الإضافية انتشارًا واسع النطاق لهذه الآلية التنظيمية في عالم الكائنات الحية الدقيقة. لقد وجد أنه بمساعدة نظام QS، تكون الكائنات الحية الدقيقة قادرة على تنظيم العديد من العمليات الحيوية، ولا سيما الإمراضية، والتمثيل الغذائي الثانوي، وتكوين الأغشية الحيوية وأكثر من ذلك بكثير. لقد ثبت أن نظام QS لا يحدث فقط في البكتيريا، ولكن أيضًا في بعض حقيقيات النوى السفلية، مثل الفطريات الشبيهة بالخميرة من أجناسها المبيضاتو المستخفية. علاوة على ذلك، اتضح أنه بمساعدة هذا النظام، تكون الكائنات الحية الدقيقة قادرة على التفاعل ليس فقط مع نوعها، ولكن أيضا لتنفيذ التواصل بين الممالك، بما في ذلك مع حقيقيات النوى الأعلى.

بشكل عام، يعتمد عمل نظام QS على عدد من المبادئ الأساسية (الشكل 11):

1. استخدام جزيئات الإشارة الصغيرة - في نظام QS، يتم نقل الإشارة من خلية إلى أخرى باستخدام جزيئات الإشارة ذات الطبيعة الكيميائية المختلفة.

2. وجود مستقبلات محددة - لا تؤثر جزيئات الإشارة بشكل مباشر على التعبير عن الجينات المستهدفة. يحدث تنشيط الجينات المستهدفة فقط بعد ربط جزيئات الإشارة بالمستقبلات المقابلة.

3. تأثير الكثافة السكانية للخلية - يتم إطلاق نظام QS فقط عند الوصول إلى قيمة معينة للكثافة السكانية للخلية، والتي ترتبط بتركيز جزيئات الإشارة في البيئة الخارجية.

4. الصيانة الذاتية للأداء - يتم التحكم في تخليق جزيئات ومستقبلات الإشارة الجديدة بنفس طريقة الجينات المستهدفة في غياب تفعيل أنظمة القمع.

5. وجود آليات التنظيم السلبي الانتقائي - تحتوي الخلايا الميكروبية على جينات التنظيم السلبي المعتمدة على QS والمستقلة عن QS، والتي تكون منتجاتها قادرة على إيقاف تشغيل الروابط الكاملة لنظام QS بشكل انتقائي أو النظام بأكمله ككل.

أرز. 11. المخطط العام لعمل نظام استشعار النصاب.

هذه المبادئ شائعة في جميع أنواع أنظمة QS تقريبًا، بغض النظر عن تنظيمها الهيكلي المحدد. بدء نظام QS يتزامن عادة مع المرحلة المبكرة من النمو الأسي، والذي يتميز بزيادة سريعة في الكثافة السكانية للخلية. على العكس من ذلك، يبدأ التعبير عن الجينات المستهدفة عادةً بدخول مجموعة الخلايا إلى المرحلة الثابتة، وعادةً ما يكون معقدًا، أي أنه يتضمن بداية التخليق الحيوي لجميع المنتجات التي ينظمها QS تقريبًا في فترة زمنية قصيرة. وبالتالي، فإن المراحل الأولى من تشغيل نظام QS تتمثل في ضمان التخليق الحيوي لجزيئات الإشارة ومستقبلاتها، حتى نقطة معينة، تتزامن مع تراكم الحد الأقصى لتركيز جزيئات الإشارة في الفضاء بين الخلايا، عند الوصول إلى ذلك يدخل تشغيل نظام QS في حالة الاكتفاء الذاتي.

لم يتم بعد توضيح الآليات الكامنة وراء التنشيط المبكر لنظام QS بشكل كامل. وعلى الرغم من اكتشاف عدد كبير من الهيئات التنظيمية المختلفة، والتي لها دور معين في التنشيط المبكر للنظام، إلا أن العديد من الأسئلة لا تزال دون حل. بداية، ليس من الواضح كيف يتم تنظيم التراكم الأولي لجزيئات الإشارة ومستقبلاتها. هناك فرضية مفادها أن عددًا معينًا من جزيئات الإشارة ومستقبلاتها موجودة باستمرار في الخلايا، ويحدث تراكمها الأولي وفقًا لنفس آلية الاستدامة الذاتية، بينما يتم استهلاك جزء من تجمع هذه المركبات داخل الخلايا لتخليق جزيئات الإشارة والمستقبلات. يتم إخراج الباقي من الخلايا، وعند الوصول إلى تركيز العتبة، يتم إعادة امتصاصه وتحفيز التعبير عن الجينات المستهدفة. ومع ذلك، استنادا إلى خصوصيات عمل بعض أنواع أنظمة QS، يبدو هذا غير مرجح. على العكس من ذلك، يعتقد جيمس بيرسون أن التحفيز الأساسي لـ QS يتم بمساعدة منظمات النسخ غير المحددة مثل مفات و ففر (الخامسالفظاظة Fممثلين صالمضمض) الزائفة الزنجارية، ويدخل النظام في حالة الاكتفاء الذاتي في وقت لاحق.

"المضادات الحيوية والعلاج الكيميائي"، 2003، 48 (10): 32-39.

تم نشر المقال بإذن من أولغا إفريمينكوفا
فلاديميروفنا، رئيس. قطاع البحث عن المركبات الطبيعية
معهد أبحاث لأبحاث المضادات الحيوية الجديدة سمي بهذا الاسم. جي.اف. غاوس الكباش

إشارات الاتصال للبكتيريا

د. الجورجية

معهد أبحاث البحث عن مضادات حيوية جديدة سمي بهذا الاسم. G. F. Gause RAMS، موسكو

د. جروزينا. الإشارات التواصلية للبكتيريا

جي.اف. معهد غوز للمضادات الحيوية الجديدة، الأكاديمية الروسية للعلوم الطبية، موسكو

حاليًا، هناك انتقال من المفهوم التقليدي للبكتيريا ككائنات وحيدة الخلية إلى مفهوم المجتمعات الميكروبية كهياكل متكاملة تنظم تفاعلاتها السلوكية اعتمادًا على التغيرات في الظروف المعيشية.

تُظهر مستعمرات جميع أنواع البكتيريا تقريبًا القدرة على التمايز الخلوي والتنظيم متعدد الخلايا. تتجلى هذه القدرة بشكل واضح أثناء نمو البكتيريا في بيئتها الطبيعية، حيث تشكل هياكل متعددة الخلايا: الأغشية الحيوية، والحصائر البكتيرية، والأجسام الثمرية، وما إلى ذلك.

تم اقتراح مفهوم "استشعار النصاب" في عام 1994. ويعني إدراك الخلايا للتغيرات في البيئة التي تحدث عندما تصل الثقافة البكتيرية إلى حد معين، والتفاعل مع هذه التغييرات.

تشمل العمليات الموصوفة التي تحدث فقط بكثافة سكانية عالية بدرجة كافية الظواهر التالية:

الإضاءة الحيوية في البكتيريا البحرية فيبريو فيشريو V.harveyi;
تجميع الخلايا الفطرية والتكوين اللاحق للأجسام المثمرة مع الجراثيم.
التبويض في العصيات والفطريات الشعاعية.
تحفيز نمو العقديات وعدد من الكائنات الحية الدقيقة الأخرى.
الاقتران مع نقل البلازميد المكورات المعوية البرازيةوالأنواع ذات الصلة، وكذلك في البكتيريا من جنس الأجرعية;
تخليق الإنزيمات الخارجية وعوامل الفوعة الأخرى في مسببات الأمراض النباتية ( إروينيا كاروتوفورا, E.hyacinthiiالخ) والحيوانات ( الزائفة الزنجارية, المكورات العنقودية الذهبية);
تكوين المضادات الحيوية في ممثلي الجنس العقديةوفي هاء كاروتوفورا;
تشكيل الأغشية الحيوية في P. aeruginosaوغيرها من الكائنات الحية الدقيقة.

ويتم الكشف عن آليات العديد من هذه العمليات، كما يتم تحديد عوامل الاتصال بين الخلايا المسؤولة عن العمليات التي تعتمد على الكثافة السكانية.

هناك مشكلة خطيرة في الممارسة السريرية وهي التوزيع الواسع النطاق للأشكال المقاومة للكائنات الحية الدقيقة، مما يقلل من فعالية استخدام الأدوية المضادة للبكتيريا. ويتمثل التحدي الخاص في زيادة مقاومة البكتيريا للأدوية في الأغشية الحيوية. غالبًا ما تستخدم البكتيريا تفاعلات استشعار النصاب لتجميع عوامل الفوعة والمضادات الحيوية وتكوين الأغشية الحيوية. لذلك، فإن دراسة آليات مثل هذه التفاعلات تفتح فرصًا جديدة للوقاية من الأمراض التي تسببها العوامل الميكروبية وعلاجها، وتسمح لنا أيضًا بإلقاء نظرة مختلفة على المجمع المعقد للتفاعلات البكتيرية بين الأنواع في الموائل الطبيعية للكائنات الحية الدقيقة.

تختلف آليات تفاعلات استشعار النصاب في البكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام، لذا فمن المستحسن النظر فيها بشكل منفصل.

تفاعلات استشعار النصاب في الكائنات الحية الدقيقة إيجابية الجرام

تتواصل البكتيريا إيجابية الجرام عادة باستخدام جزيئات الإشارة قليلة الببتيد. يتضمن نقل الإشارة في معظم الحالات آلية الفسفرة المكونة من عنصرين. كقاعدة عامة، تتحقق حالة النصاب القانوني عندما تدخل مجموعة من الخلايا البكتيرية مرحلة النمو الثابتة. في هذا الوقت يتم اكتشاف جزيئات الإشارة التي تتصل بها الخلايا ببعضها البعض. يمكن تمثيل المخطط العام للتواصل بين البكتيريا إيجابية الجرام على النحو التالي: أولاً، يتم تصنيع السلائف في الخلية، والتي، عند تعديلها، تتحول إلى قليل الببتيد الناضج. ويتم إخراج الأخير خارج الخلية عن طريق المصدر. تتراكم جزيئات قليل الببتيد في الفضاء بين الخلايا مع زيادة كثافة الخلايا البكتيرية. يتعرف كيناز المستشعر الممتد بغشاء مكون من مكونين على الإشارة وينقلها إلى الخلية من خلال سلسلة من الفسفرة. في الخلية، يتفاعل جزيء قليل الببتيد مع الجين (الجينات) المستهدف.

يمكن اعتبار النظام الكلاسيكي المعتمد على النصاب الببتيدي نظامًا مسؤولاً عن النقل الاقتراني للبلازميدات في المكورات المعوية البرازيةوالأنواع البكتيرية ذات الصلة. يحفز هذا النظام تكاثر السمات في التجمعات الميكروبية التي تعتبر مهمة للتفاعل بين الكائنات الحية الدقيقة والحيوان المضيف، وكذلك للقضاء على المنافسة. البلازميد pPDl، الذي يحمله نظام يعتمد على النصاب الببتيد، هو المسؤول عن تخليق الهيموليزين، والبلازميد pCDl لتكوين البكتريوسين، والبلازميد pCFlO للمقاومة. E.faecalisإلى التتراسيكلين. يحث كل سداسي أو ثماني الببتيد على التصاق الخلايا البكتيرية واقترانها بنقل بلازميد معين من المتبرع إلى المتلقي. على سبيل المثال، يحفز cPDl octapeptide النقل الاقتراني للبلازميد pPDl. يقوم البلازميد بتشفير مستقبل موجود على البروتين الكابت للأوبرون المقابل. يؤدي تفاعل قليل الببتيد مع المستقبل إلى انفصال المثبط عن الحمض النووي، مما يؤدي إلى تخليق المنتج المقابل. يشتمل البلازميد pPDl أيضًا على جين traC، الذي يكون ناتجه عبارة عن بروتين يسهل اختراق الببتيد عبر جدار الخلية. يتم تصنيع إشارات قليل الببتيد بشكل مكثف بواسطة الخلايا التي لا تحمل البلازميدات المقابلة (المستلمين)، بينما يتم تثبيط تخليق هذه الإشارات في الخلايا المانحة، علاوة على ذلك، يقوم البلازميد بتشفير الببتيد المثبط.

منتج البلازميد pPDl هو الببتيد iPDl، HHaKTHBHpyiounmcPDl.

تم العثور على عملية أخرى حساسة للنصاب في E.faecalis، هو إنتاج عاملين من عوامل الفوعة: الجيلاتيناز (GelE) والبروتياز السيري (SprE).

مثال على استخدام إشارة الببتيد للتفاعلات بين الخلايا هو نظام استشعار النصاب، الذي يتحكم في تخليق السموم الخارجية في المرحلة اللوغاريتمية المتأخرة للنمو في المكورات العنقودية الذهبية. في هذا النظام، يتم تصنيع بروتين AgrD كمقدمة تتكون من 46 حمضًا أمينيًا، والتي، أثناء التصدير بواسطة بروتين AgrB، يتم تحويلها إلى ببتيد ناضج AIP (ببتيد محفز ذاتيًا)، يتكون من 8 أحماض أمينية. يتم التعرف على AIP بواسطة مستشعر kinase AgrC ثنائي المكونات، والذي ينقل إشارة إلى الخلية من خلال الفسفرة في منظم الاستجابة AgrA. يقوم AgrA~P بتنشيط نسخ الجينات المستهدفة، ويحفز نسخ agrB، D، C، A operon (حلقة التنظيم الذاتي الإيجابية)، وكذلك "يمنع" نسخ الجينات التي تشفر السموم الخارجية الأخرى. بناءً على الاختلافات في AIP ومستقبلاته، السلالات بكتريا المكورة العنقودية البرتقاليةويمكن تصنيفها إلى أربع مجموعات أو أكثر. تعمل قلة الببتيدات التي يتم تصنيعها بواسطة إحدى المجموعات على تحفيز القدرة المرضية في هذه المجموعة وعلى وجه التحديد تثبيط أنظمة الفوعة الزراعية في المجموعات الأخرى.

ظهور الكفاءة في المرحلة اللوغاريتمية المتأخرة للنمو فيها العقدية الرئوية. يقوم جين comC بتشفير سلائف تتكون من 41 بقايا من الأحماض الأمينية. يتم تحويل الأخير إلى ببتيد ناضج يتكون من 17 بقايا حمض أميني أثناء التفاعل مع نظام تصدير الببتيد (نظام ABC)، والذي يتكون من منتجات جينات comAB. يتصل الببتيد بمستقبله على سطح الخلية - هيستيدين كيناز، وهو منتج لجين comD. يفسفر كيناز الهستيدين المنشط منتج الجين comE. ومع تراكم الخلايا، يزداد عدد إشارات الببتيد ويصل إلى مستوى حرج في البيئة. وفقًا لذلك، تزداد كمية بروتين comE المفسفر، والذي، بدءًا من تركيز معين، يرتبط بمروج أوبرا comCDE، مما يحفز عمله (حلقة التنظيم الذاتي الإيجابية)، وينشط مروج أوبرا comAB (نظام تصدير البروتين من الخلية). ) ، ينشط أوبرا comCX، الذي يتضمن كامل جينات الكفاءة المتأخرة للسلسلة؛ مسؤول عن ربط وامتصاص الحمض النووي المتحول وجميع مراحل التحول المتأخرة الأخرى.

بالإضافة إلى الأمثلة المذكورة أعلاه لتفاعلات استشعار النصاب في البكتيريا إيجابية الجرام، تجدر الإشارة إلى أنه بالإضافة إلى قليلات الببتيد، تستخدم البكتيريا إيجابية الجرام أيضًا مواد ذات طبيعة كيميائية مختلفة كجزيئات إشارة. لذلك، بين ممثلي النظام الشعياتإلى جانب جزيئات الإشارة الببتيدية، تم اكتشاف مواد ذات وزن جزيئي منخفض، يحتوي معظمها على مجموعة اللاكتون.

في العقديات، تشتمل أنظمة استشعار النصاب على البيوتيرولاكتون ومستقبلات البروتين المقابلة لها، والتي تنظم بشكل مشترك التطور المورفولوجي وتكوين المضادات الحيوية في منتجيها. إن منظم الفطريات الشعوية الأكثر دراسة جيدًا هو العامل A، وهو 2-iso-capryloyl-3-hydroxymethyl-γ-butyrolactone.

يخضع تأثير العامل A على التمايز المورفولوجي وتكوين المضادات الحيوية للمخطط العام لتشغيل منظمات الستربتوميسيت التي تحتوي على مجموعة اللاكتون. خلال مراحل النمو المبكرة، عندما تكون تركيزات العامل A منخفضة، يرتبط مستقبل العامل A (AgrA) ويقمع التعبير عن المنشط الافتراضي الشائع للتخليق الحيوي للستربتومايسين والتبويض. عند عزل AgrA من المحللة الخلوية S.griseusتبين أن IFO 13350 عبارة عن بروتين يتكون من 276 حمضًا أمينيًا ويبلغ وزنه الجزيئي 29.1 كيلو دالتون.

عندما تزداد كثافة الاستزراع، يصل تركيز العامل A إلى مستوى حرج حيث يرتبط بـ AgrA، مما يتسبب في انفصال الأخير عن الحمض النووي، وبالتالي تشغيل نسخ جين adpA الرئيسي، وتشفير AdpA (بروتين يتكون من 405 من الأحماض الأمينية التي تحتوي على موقع ربط في المنطقة الوسطى مع الحمض النووي، على غرار منظمات النسخ من عائلة البروتينات AraC/XylS). AdpA، بدوره، هو منظم إيجابي للمنشط السيتوبلازمي المكتشف لمجموعة جينات التخليق الحيوي للستربتوميسين ومنشطات عملية التبوغ. المنشط السيتوبلازمي، المرتبط بالحمض النووي في منطقة مروج الجين للتنظيم المحدد لمجموعة التخليق الحيوي للستربتوميسين strR، يستحث نسخ هذا الجين الموجود بعده، الجين المقاوم للمضادات الحيوية الخاصة به - aphD، إعلانجين، يشفر العامل أ خارج السيتوبلازمي لبوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA)، الضروري لتكوين الميسيليوم الهوائي، وكذلك جين sgmA، الذي يشفر بروتين الببتيداز، الذي يشارك، إلى جانب الإنزيمات المائية الأخرى، في تحلل بروتينات الميسيليوم الركيزة نتيجة لتكوين الفطريات الهوائية. يحدد المنتج التنظيمي لجين strR بداية نسخ جينات التخليق الحيوي الهيكلي كجزء من مجموعة من المروجين المعتمدين على StrR. بداية التعبير من مروج الجينات strR تحت تأثير المنشط السيتوبلازمي يضمن أيضًا إنتاج منتج الجين aphD - أمينوغليكوزيد فوسفوترانسفيراز، وبالتالي إنشاء مستوى أساسي من مقاومة السلالة للمضاد الحيوي الخاص بها.

لقد ثبت أنه في الأنواع المختلفة من العقديات يوجد تماثل بين العناصر الهيكلية للمنظمين. تسلسلات النيوكليوتيدات متماثلة مع جين agrA S.griseus، توجد أيضًا في العقديات الأخرى. على سبيل المثال، في S.coelicolor A3 (2)، تم اكتشاف جينين srgA و srgB، يقومان بتشفير البروتينات الشبيهة بـ AgrA srgA و srgB، والتي تشبه بعضها البعض بنسبة 90.7٪ وتشبه AgrA بنسبة 35٪.

تفاعلات استشعار النصاب في الكائنات الحية الدقيقة سالبة الجرام

في أكثر من 450 نوعًا من البكتيريا سالبة الجرام، تم العثور على أنظمة تعتمد على النصاب حيث تعمل لاكتونات أسيل هوموسيرين المختلفة كجزيئات إشارة. يمكن تمثيل المخطط العام لاتصالات البكتيريا سالبة الجرام على النحو التالي: في نظام استشعار النصاب للبكتيريا سالبة الجرام، تكون بروتينات عائلة Luxl عبارة عن سينثات محرضة ذاتيًا وتحفز تكوين جزيئات محرض ذاتي لاكتون الأسيل هوموسيرين. تنتشر المحرضات الذاتية بحرية عبر الغشاء وتتراكم مع زيادة كثافة الخلية. ترتبط بروتينات عائلة LuxR بالمحفزات الذاتية ذات الصلة عند الوصول إلى تركيز عالٍ بدرجة كافية من جزيئات الإشارة. يرتبط مجمع LuxR، وهو محرض ذاتي، بمروج الجينات المستهدفة، مما يؤدي إلى نسخها.

جنس البكتيريا إروينيا (هاء كاروتوفورا, إ.أقحوان) هي مسببات الأمراض النباتية. إنهم يكسرون جدران الخلايا النباتية باستخدام البكتيناز والسيلولاز. يعد إنتاج هذه الإنزيمات عامل فوعة مهم ويعتمد على الكثافة السكانية. ش إروينيايعمل نظام الجينات expI-expR، على غرار نظام luxI-luxR في V.fisheri. تتضمن تفاعلات استشعار النصاب أيضًا نظامًا تنظيميًا يوفره نسخ جينات rsmA-rsmB. من الكثافة السكانية هاء كاروتوفورايعتمد تركيب المضاد الحيوي كاربابينيم أيضًا. يخضع إنتاج هذا المضاد الحيوي لسيطرة مجموعة الجينات carA-carH، وقد يكون ضروريًا للقضاء على الكائنات الحية الدقيقة المتنافسة في موضع الإصابة بالنبات.

يظهر مثال آخر لاستخدام لاكتونات الهوموسيرين كجزيئات إشارة الزائفة الزنجارية- ممرض للحيوانات. المسببة للأمراض في P. aeruginosaبسبب مجموعة واسعة من عوامل الضراوة. يرتبط بعضها بالخلية (أشعار، مواد لاصقة، عديدات السكاريد الدهنية)، والبعض الآخر يفرز (البروتياز، الرامنوليبيدات، الإنزيم الخارجي S، السموم الخارجية A، البيوسيانين المضاد الحيوي، وما إلى ذلك). يتم التحكم في تكوين العديد من عوامل الفوعة خارج الخلية عن طريق أنظمة التفاعل بين الخلايا. المكونات المركزية لمثل هذه التفاعلات هي أنظمة استشعار النصاب las وrhl، التي تنشط التعبير الجيني اعتمادًا على كثافة خلايا الكائنات الحية الدقيقة. يتم تمثيل كل نظام بواسطة جينين: أحدهما يشفر إنزيمًا يتم من خلاله تصنيع مُحفز ذاتي محدد - لاكتون الهوموسيرين المؤكسد (lasl/rhll)؛ والآخر يقوم بتشفير المنشط النسخي الذي يرتبط به المُحرِّض الذاتي المقابل (lasR/rhIR). المحفز الذاتي لنظامي las وrhi هو N-(3-oxododecanoyl)-L-homoserine لاكتون (3-oxo-C12-HSL)، والذي يستخدم لتصديره من الخلية نظام خاص يسمى MexEF-OprN -مضخة وN-butyryl-L- هوموسيرين لاكتون (C4-HSL)، على التوالي.

يتحكم نظام las في التعبير عن الجينات التي تشفر عوامل الفوعة مثل الإيلاستاز A، B، والبروتياز القلوي؛ نظام RHI - إنزيمات للتخليق الحيوي للرامنوليبيدات والبيوسيانين. في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف جزيء إشارة ثالث يشارك في تفاعلات استشعار النصاب P. aeruginosa- 2-هيبتيل-3-هيدروكسي-4-كينولون (PQS). يمكن لجزيء الإشارة هذا التحكم في مستوى تعبير las B، الذي يشفر Las B elastase، بالإضافة إلى مستوى تعبير rhil، الذي يشفر سينسيز C4-HSL.

بكتيريا أغروباكتريوم توميفاسيانزيسبب تكوين كرات التاج في العديد من أنواع النباتات. الكرات هي نظير نباتي للورم الخبيث وتتشكل نتيجة لنقل شظايا الحمض النووي المسرطنة من البكتيريا إلى نواة الخلية النباتية عبر بلازميدات Ti. تحدد بعض جينات Ti-plasmid تخليق الأفيونات بواسطة الخلايا النباتية، والتي تعمل بمثابة ركيزة مغذية للنباتات أ. المورمة. يحفز نظام الجينات luxI-luxR المتماثل traI-traR انتشار بلازميدات Ti في التجمعات البكتيرية. يميل DNA البلازميد إلى الانتشار في جميع أنحاء التجمعات البكتيرية، وبمجرد تكوين "النصاب" الكافي، فإنه يحفز الخلايا الحاملة للبلازميد على الاقتران مع الخلايا البكتيرية الأخرى. في الوقت نفسه، يعتمد النقل الاقتراني لبلازميدات Ti على الأوبينز. على وجه الخصوص، يتم تحفيز نسخ traR بواسطة العامل المنشط للأوكتوبين OccR.

استشعار النصاب في التكوينات متعددة الخلايا

تعد قدرة البكتيريا على تكوين الأغشية الحيوية مثيرة للاهتمام نظرًا لحقيقة أن ممثلي مسببات الأمراض المسببة للأمراض للإنسان والحيوان يظهرون مقاومة لعمل المواد المضادة للميكروبات عندما تنمو في الأغشية الحيوية. الأغشية الحيوية عبارة عن مجتمعات بكتيرية مرتبة للغاية تسمح للبكتيريا بالعيش في حالة مرتبطة. يمكن أن تتكون الأغشية الحيوية من نوع واحد أو أكثر من البكتيريا. وتتخللها شبكة من القنوات المائية التي توفر العناصر الغذائية لأفراد المجتمع وتزيل المنتجات الأيضية. داخل الغشاء الحيوي الواحد، يمكن ملاحظة أنماط مختلفة من التعبير الجيني، مما يشير إلى أن أفراد المجتمع لديهم "مسؤوليات محددة" والتي، عند دمجها مع الآخرين، تعزز قدرة الاتحاد بأكمله على البقاء.

تتشكل الأغشية الحيوية في الرئتين بواسطة الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض P. aeruginosa. سمك هذا البيوفيلم هو عدة مئات من الميكرومترات. توجد المستعمرات الدقيقة في الأغشية الحيوية الناضجة في مصفوفة عديد السكاريد خارج الخلية. يوجد عدم التجانس داخل الغشاء الحيوي: يوجد فيه تدرج أكسجين - انخفاض في تركيز الأكسجين من المحيط إلى الداخل. ومن المتوقع أن يتم العثور على تدرجات مماثلة لدرجة الحموضة والمواد المغذية. توفر هذه التدرجات التباين الفسيولوجي بين خلايا الأغشية الحيوية الفردية: على سبيل المثال، تنمو الخلايا الموجودة في الأعماق بشكل أبطأ بكثير من نموها في المحيط. البكتيريا الموجودة في مثل هذا الأغشية الحيوية الناضجة مقاومة ظاهريًا للعوامل المبيدة للجراثيم. وهكذا، فإن الأغشية الحيوية تسبب أنواعًا مختلفة من الالتهابات البكتيرية المزمنة. تشكيل البيوفيلم في P. aeruginosaتحت سيطرة ردود فعل استشعار النصاب. طفرات جين lasI تعطل نضوج الأغشية الحيوية، حيث أن بروتين LasI لا يصنع 3-oxo-C12-HSL، ولا يستمر تكوين الميكروفيلم بعد مرحلة المستعمرة الدقيقة. لا يزال دور C4-HSL في عمليات التكوين غير معروف. الأغشية الحيوية التي تشكلها طفرات البروتين LasI تكون عرضة للمنظفات، في حين أن الأغشية الحيوية الطبيعية مقاومة. وهذا يعطي سببًا للاعتقاد بأن العلاج يهدف إلى تعطيل تنظيم آلية استشعار النصاب في P. aeruginosaيمكن أن يؤدي إلى توقف تكوين الأغشية الحيوية، مما يزيد من حساسية هذه البكتيريا للعوامل المضادة للميكروبات.

تشكيل البيوفيلم في البكتيريا المسببة للأمراض بوركولديريا سيباكيايتم تحديده أيضًا من خلال "استشعار النصاب القانوني". عندما تنمو في الأغشية الحيوية، تكون هذه الكائنات الحية الدقيقة مشابهة P. aeruginosaيظهر مقاومة كبيرة للعوامل المضادة للميكروبات.

التفاعلات بين الأنواع من الكائنات الحية الدقيقة

قد يعمل التواصل بين الأنواع في البكتيريا على مزامنة الوظائف المتخصصة للأنواع في المجموعة. إن التنوع الموجود في أي مجموعة سكانية معينة يمكن أن يعزز البقاء للمجتمع بأكمله. علاوة على ذلك، يمكن للتفاعلات الإنتاجية القائمة على استشعار النصاب أن تساهم في تطوير منظمات بكتيرية متعددة الأنواع، مثل الأغشية الحيوية، فضلاً عن إنشاء ارتباطات تكافلية محددة مع مضيفات حقيقية النواة.

تمت دراسة التفاعلات بين الأنواع للكائنات الحية الدقيقة بشكل كامل باستخدام مثال المجتمع الميكروبي لتجويف الفم وسطح أسنان الإنسان. تم التعرف على حوالي 500 نوع من البكتيريا في الأغشية الحيوية الموجودة على سطح الأسنان، والتي تعمل كمجتمع منسق مع اتصالات داخل وبين الأنواع. تشكل المكورات العقدية ما بين 60 إلى 90% من البكتيريا التي تستعمر سطح الأسنان خلال الساعات الأربع الأولى بعد تنظيفها من قبل طبيب الأسنان. من بين الأنواع الأخرى من "المستعمرين الأوائل" هناك ممثلون الشعيات, كابنوسيتوفاجا, ايكنيلا, المستدمية, بريفوتيلا, بروبيونيباكتيريومو فيلونيلا.

من المرجح أن تختلف طرق الاتصال بين الخلايا المتطابقة وراثيا عن طرق الاتصال بين الأنواع. لا يوجد أي دليل على وجود بين جزيئات الإشارة للبكتيريا الفموية لممثلين نموذجيين لعائلة لاكتونات الأسيلهوموسرين، التي تنظم التعبير الجيني داخل النوع في البكتيريا سالبة الجرام.

جزيء الإشارة الرئيسي في الاتصالات بين الأنواع هو AI-2. تم تأكيد ذلك من خلال اكتشاف جين luxS، الذي يشفر الإنزيم الضروري لتخليق جزيء AI-2، في عدة أجناس من البكتيريا الفموية.

تم اكتشاف AI-2 لأول مرة في بكتيريا بحرية مضيئة فيبريو هارفي، وهو جزيء إشارة ينظم عملية التلألؤ البيولوجي. وفي وقت لاحق، ظهر وجود AI-2 في أكثر من 30 نوعًا من البكتيريا، بما في ذلك الكائنات الحية الدقيقة إيجابية الجرام وسالبة الجرام.

في بعض الأحيان قد يكون من المفيد لمجموعة واحدة من البكتيريا التأثير سلبًا على دورة تفاعل استشعار النصاب لمجموعة متنافسة من البكتيريا. يكشف البحث في هذا المجال عن عدة أمثلة لاستراتيجيات استشعار النصاب التي تستغل التجمعات البكتيرية المتعايشة. لذا، المكورات العنقودية البشرويةيستخدم الببتيد للسيطرة على مستوى الفوعة الزراعية، وكذلك لقمع الفوعة في المكورات العنقودية الذهبية.

أَضْنَى عصية sp. يوضح 240B1 القدرة على تعطيل لاكتونات الأسيل هوموسيرين إنزيميًا، مما يشير إلى جزيئات البكتيريا سالبة الجرام. لقد ثبت أنه في وجود AIA، وهو لاكتوناز الهوموسيرين الذي يتكون من 250 حمضًا أمينيًا، يتم تدمير جزيئات لاكتونات الهوموسيرين التي ينتجها العامل الممرض في النباتات. إروينيا ساجوتوفورا. تم العثور أيضًا على جينات متماثلة لجين aiiA في 16 نوعًا فرعيًا عصية ثورينجينسيسولذلك، فإن هذه الكائنات الحية الدقيقة قادرة أيضًا على تحلل لاكتونات الهوموسيرين.

بكتيريا التربة المفارقة Variovoraxيمكن استخدام لاكتونات أسيل هوموسيرين كمصدر وحيد للكربون والنيتروجين. هذه الحقيقة تشير إلى ذلك في بيئتها الطبيعية V.paradoxusيمكن أن تنمو على لاكتونات أسيل هوموسيرين، مستفيدة من تعزيز القدرة التنافسية في البيئة. في هذه الحالة، يختلف الإنزيم الذي يدمر لاكتونات الأسيلوموسرين عن AiiA-lactonase: فهو عبارة عن أمينواسيلاز يقسم حلقة اللاكتون من مجموعة الأسيل.

نظرًا لأن أنظمة استشعار النصاب تتحكم في الفوعة في العديد من مسببات الأمراض الحيوانية والنباتية، فيمكن اعتبار هذه الأنظمة أهدافًا محتملة للعوامل المضادة للميكروبات. أولاً، تتمثل إحدى الاستراتيجيات في تثبيط تخليق جزيئات أسيل هوموسيرين لاكتون أو أسيل هوموسيرين لاكتونات نفسها. ثانيًا، يمكن للأنظمة التي تتحكم في إطلاق وانتشار لاكتونات الأسيل هوموسيرين أن تكون بمثابة أهداف دوائية. ثالثًا، قد تتنافس مضادات لاكتون الأسيلوموسرين مع لاكتونات الأسيلوموسرين للارتباط بمتجانسات LuxR. رابعاً: من الممكن استخدام الإنزيمات التي تعمل على تفكيك لاكتونات أسيل هوموسيرين، وكذلك الأجسام المضادة لهذه الجزيئات. وأخيرًا، كما ظهر مؤخرًا، يمكن إدخال جينات aiiA التي تشفر اللاكتونات والتي تحلل لاكتونات أسيل الهوموسيرين في جينوم النبات، حيث، عند التعبير عنها، يمكن أن توفر الحماية للنبات المضيف من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. وهكذا، نجحت نباتات التبغ المعدلة وراثيًا والتي تحتوي على جين aiiA في مقاومة العدوى هاء كاروتوفورا.

السيتوكينات البكتيرية

لقد تم اكتشاف أن الكائنات الحية الدقيقة بدائية النواة تقوم بتصنيع مواد مشابهة لهرمونات الفقاريات (بما في ذلك الستيرويدات والهرمونات متعددة الببتيد، مثل الأنسولين). تسلط الأدلة المتزايدة الضوء على أهمية تفاعلات الخلايا الخلوية بوساطة كيميائيًا في الثقافات البكتيرية لأحداث مثل التبوغ، والاقتران، والفوعة، والتلألؤ البيولوجي. وهكذا، حاليًا، يتم تخصيص العديد من الدراسات في مجال علم الأحياء الدقيقة للتفاعلات بين الكائنات الحية الدقيقة على أساس استخدام السيتوكينات البكتيرية.

من المعروف أن الكائنات الحية الدقيقة قادرة على التكيف بمرونة مع الظروف البيئية المتغيرة (على وجه الخصوص، مع نقص المكونات الغذائية). علاوة على ذلك، فإن بعضها لديه تنظيم محدد وراثيا لعملية التمثيل الغذائي، مما يسمح له بالوجود بتركيزات منخفضة للغاية من العناصر الغذائية (قلة التغذية). خلايا فئة أخرى (كوبيوتروفس)، عندما يتم استنفاد بيئتها، تكون قادرة على تشغيل برامج خاصة للبقاء على قيد الحياة في الظروف غير المواتية. بعضها يشكل هياكل متخصصة (الجراثيم والخراجات)، والتي تكون شديدة المقاومة لمختلف الضغوط، في حين أن البكتيريا غير البوغية قادرة على البقاء على قيد الحياة في الظروف غير المواتية، وتبقى الخلايا النباتية مع انخفاض النشاط الأيضي، أي. الانتقال إلى حالة VBNC خاصة (قابلة للحياة ولكن غير قابلة للثقافة - قابلة للحياة ولكنها غير قابلة للزراعة). وبطبيعة الحال، تظل البكتيريا غير القابلة للزراعة خارج نطاق طرق البحث المقبولة عمومًا (البذر على الوسائط الصلبة أو السائلة لا يسمح باكتشافها). على سبيل المثال، تميل العوامل المسببة لأمراض خطيرة مثل الكوليرا وداء العطيفة إلى تكوين أشكال غير قابلة للزراعة. كشف الفحص المجهري للعينات المعزولة من البيئة (التربة ومياه الأنهار والبحر، وما إلى ذلك) عن العديد من الخلايا التي، على الرغم من امتلاكها نشاطًا أيضيًا، لا يمكنها تكوين ثقافة كاملة (أي غير قابلة للاستزراع). حاليًا، لا يُعرف سوى عدد قليل من الأمثلة على تحول هذه البكتيريا إلى خلايا طبيعية مزروعة. يتيح لنا مفهوم نمو الكائنات الحية الدقيقة المعتمد على السيتوكينات إلقاء نظرة جديدة على مشكلة اختيار الوسائط لاستعادة الأشكال غير القابلة للزراعة.

لا توجد الأشكال غير القابلة للزراعة من البكتيريا المسببة للأمراض في البيئة فحسب، بل توجد أيضًا في الأنسجة والأعضاء البشرية والحيوانية. في معظم الأحيان، فهي مختلفة جدا من الناحية المورفولوجية والكيميائية الحيوية. على سبيل المثال، يشكل العامل المسبب لمرض السل أشكالًا غير نمطية من الكوكايين في الأنسجة. ولعل هذه الخلايا هي أشكال تجريبية خاصة قادرة على التنشيط والتكاثر. إن وجود مثل هذه الأشكال الخاملة قد يفسر الانتكاسات الدورية للمرض لدى المرضى الذين يبدو أنهم قد تم شفاءهم. وقد تبين أن الخلايا السل الفطرييمكن أن تتحول إلى حالة كوكويد غير متكررة في ظل ظروف ميكروأيروفيلية في المختبروالتي تنشأ في كثير من الأحيان في الجسم الحي(على سبيل المثال، في الأورام الحبيبية). كما تم العثور على أشكال كوكويد ل العطيفة الصائميةو هيليكوباكتر بيلوري. من المفترض أنها تتشكل في الأنسجة استجابةً لتأثيرات الأدوية، وربما تكون خلايا مريحة مقاومة للمضادات الحيوية. ومع ذلك، فإن البيانات المتعلقة بزراعة مثل هذه الأشكال متناقضة للغاية. من الممكن أن يتم تنشيط مثل هذه البكتيريا بواسطة بعض عوامل النمو المحددة، والتي من المحتمل أن تلعب السيتوكينات المضيفة دورها. على سبيل المثال، تم تحفيز نمو عصيات السل داخل الخلايا الوحيدة بشكل كبير عن طريق عامل النمو التحويلي (TGF-1)، في حين أن نمو الخلايا م. السلو م. أفيومداخل البلاعم تم تسريعه بشكل ملحوظ في وجود عامل نمو البشرة. من الواضح أن عوامل السيتوكينات المضيفة يمكن أن تلعب دورًا مهمًا في تنشيط البكتيريا النائمة وانتشار مسببات الأمراض النشطة. يؤدي انخفاض مستويات الأنسولين في دم مرضى السكري إلى تكاثر الخلايا بشكل كبير الزائفة الزائفةوهي العوامل المسببة لداء الميلويدات، وللترانسفيرين أهمية كبيرة في نمو وبقاء الخلايا داخل الخلايا البلعمية الفأرية. فرانسيسيلا تولارينيسيس.

من الممكن أن تلعب السيتوكينات البكتيرية المحددة أيضًا دورًا مهمًا في تكوين الأشكال الخاملة واستعادتها إلى خلايا مقسمة نشطة. بعد ذلك، مع الأخذ في الاعتبار مشاكل ظهور مقاومة المضادات الحيوية، من الصعب المبالغة في تقدير أهمية العثور على عوامل النمو الاستبدادية اللازمة لنمو البكتيريا المسببة للأمراض، وبالتالي كونها هدفًا لعمل المضادات الحيوية الجديدة بشكل أساسي والتي لا تعد - سامة للمريض.

يمكن أن يؤدي استخدام السيتوكينات البكتيرية المحددة أيضًا إلى تحسين الوضع بشكل كبير عند زراعة البكتيريا غير المزروعة في بيئات غير مناسبة تمامًا لتكاثرها. على سبيل المثال، المكورات الدقيقة التي لا تنمو عادة على وسط سكسينات بسيط تبدأ في التكاثر بشكل طبيعي فيه في وجود عامل الاستبداد Rpf (عامل تعزيز الإنعاش)، والخلايا المغسولة المتفطرة smegmatis، والتي تنمو على الحد الأدنى من المتوسط فقط مع إضافة Rpf، معزولة عن ميكروكوكوس الأصفر، يمكن اعتباره نموذجًا لمجموعة من البكتيريا "الجائعة" في التربة، وربما تتطلب وجود سيتوكينات معينة لبدء الانقسام. يمكن أن يؤدي استخدام السيتوكينات البكتيرية المحددة أيضًا إلى تحسين الوضع بشكل كبير عند زراعة البكتيريا غير المزروعة في بيئات غير مناسبة تمامًا لتكاثرها. جينات مشابهة للجين الذي يشفر بروتين Rpf في م.لوتوس، يتم توزيعها على نطاق واسع بين البكتيريا إيجابية الجرام ذات المحتوى العالي من G + C، والتي تشمل العقديات والبكتيريا الوتدية والمتفطرات. تفتح هذه الحقيقة فرصًا جديدة للوقاية من الأمراض التي تسببها العوامل الميكروبية وعلاجها، وتسمح لنا أيضًا بإلقاء نظرة مختلفة على المجموعة المعقدة من التفاعلات البكتيرية بين الأنواع في الموائل الطبيعية للكائنات الحية الدقيقة.

آخر تحديث: 20/02/2004

الأدب

أوليسكين إيه في، بوتفينكو آي في، تسافكيلوفا إي. التنظيم الاستعماري والتواصل بين الخلايا في الكائنات الحية الدقيقة. علم الأحياء الدقيقة 2000; 69:3:309-327.
Fuqua W.S.، Winans S.، Greenberg E. استشعار النصاب في البكتيريا: عائلة Lux R-Lux I من منظمات النسخ النصية المستجيبة لكثافة الخلايا. ي باكتريول 1994؛ 176:2:269-275.
Meighen E. البيولوجيا الجزيئية للتلألؤ البيولوجي البكتيري. ميكروبيول القس 1991؛ 55:1:123-142.
وينانز إس إس، باسلر في إل. سيكولوجية الغوغاء. ي باكتريول 2002؛ 184:4:873-883.
Writh R.، Muscholl A.، Wanner G. دور الفيرومونات في التفاعلات البكتيرية. اتجاهات ميكروبيول 1996؛ 4:3:96-103.
خوخلوف أ.س. منظمات ذاتية ميكروبية منخفضة الجزيئية. م: 198؛270.
والدبرجر إس.، جونزاليس د.، تشامبليس جي.إتش. توصيف عامل التبوغ الجديد في Bacillus subtilis. جي باكتريول 1993؛ 175: 6321-6327.
Pestova E.، Havarstein L.، Morrison D. تنظيم الكفاءة للتحول الوراثي في العقدية الرئويةبواسطة فيرومونات الببتيد المستحثة ذاتيًا وأنظمة تنظيمية مكونة من عنصرين. مول ميكروبيول 1996; 21:4: 853-862.
Alloing G., Martin V., Granadel G., Claveris J. تطوير الكفاءة في العقدية الرئوية: الحث الذاتي للفيرمون والتحكم في استشعار النصاب عن طريق نفاذ قليل الببتيد. المرجع نفسه 1998؛ 9:1: 75-83.
بروزوروف أ. الفيرمونات الكفاءة في البكتيريا. علم الأحياء الدقيقة 2001؛ 70: 1: 5-14.
Salmond G.، Bycroft V.، Stewart S.، Williams P. "اللغز" البكتيري: كسر كود التواصل بين الخلايا. مول ميكروبيول 1995؛ 16:4:615-624.
Greenberg E.، Winans S.، Fuqua C. استشعار النصاب بواسطة البكتيريا. آن القس ميكروبيول 1996؛ 50: 727-751.
أوتو إم، سوسموت آر، فونج سي وآخرون. تثبيط التعبير عن عامل الفوعة في المكورات العنقودية الذهبيةبواسطة المكورات العنقودية البشرويةفرمون الزراعة ومشتقاته. فيبس ليت. 1999; 450: 257-262.
Dong Y.، Xu J.، Li X.، Zhang L. AiiA، وهو إنزيم يعمل على تعطيل إشارة استشعار النصاب أسيل هوموسرين لاكتون ويخفف من ضراوة إروينيا كاروتوفورو. بروك ناتل أكاد ساي 2000؛ 97:7: 3526-3531.
بايرز جيه، لوكاس سي، سالموند جي، ويلش إم. دوران غير إنزيمي لـ إروينيا كاروتوفوراجزيء إشارة استشعار النصاب. ي باكتريول 2002؛ 184:4: 1163-1171.
Calfee M.، Coleman J.، Pesci E. التداخل مع تخليق إشارة الكينولون الزائفة يمنع التعبير عن عامل الفوعة بواسطة الزائفة الزنجارية. بروك ناتل أكاد ساي 2001؛ 98: 20:11633-11637.
ناكاياما جيه، تاكانامي واي، هوري تي وآخرون. الآلية الجزيئية للإشارة فرمون خاص بالمد والجزر المكورات المعوية البرازية: وظائف مستقبلات فرمون TraA والبروتين المرتبط بالفيرومون TraC المشفر بواسطة pPDI البلازميد. ي باكتريول 1998:180:3:449-456.
ميلوناكيس إي، إنجلبرت إم، تشين إكس وآخرون. ال المكورات المعوية البرازيةيرتبط جين fsrB، وهو مكون رئيسي في نظام استشعار النصاب fsr، بالفوعة في نموذج التهاب باطن المقلة في الأرانب. إنفيكت إميون 2002؛ 70:8:4678-4681.
سيفري سي.، ميلوناكيس إي.، سينغ ف. وآخرون. تأثير الفوعة المكورات المعوية البرازيةجينات الأنزيم البروتيني والجراد الذي يستشعر النصاب في Caenorhabditis elegans والفئران. المرجع نفسه 2002؛ 70:10: 5647-5650.
Matson M.، Armitage J.، Hoch J.، Macnab R. الحركة البكتيرية ونقل الإشارة. جي باكتيريول 1998; 180:5:1009-1022.
Onaka H.، Horinouchi S. نشاط ربط الحمض النووي لبروتين مستقبل العامل A والتعرف على تسلسل الحمض النووي. مول ميكروبيول 1997؛ 24: 991-1000.
أوناكا H.، أندو N.، نيهيرا T.، يامادا Y. وآخرون. استنساخ وتوصيف جين مستقبل العامل A من الستربتوميسيس جريسيوس. جي باكتريول 1995; 177:21:6083-6092.
Ohnishi Y.، Kameyama S.، Onaka H.، Horinouchi S. السلسلة التنظيمية A-factor التي تؤدي إلى التخليق الحيوي للستربتومايسين في الستربتوميسيس جريسيوس: تحديد الجين المستهدف لمستقبل العامل A. مول ميكروبيول 1999؛ 34: 102-111.
Yamazaki H.، Ohnishi Y.، Horinouchi S. عامل سيجما للوظيفة خارج السيتوبلازمية يعتمد على العامل A (OAdsA) وهو ضروري للتطور المورفولوجي في الستربتوميسيس جريسيوس. ي باكتريول 2000؛ 182:16:4596-4605.
كاتو ج.، سوزوكي أ.، يامازاكي ه. وآخرون. التحكم بواسطة العامل A لجين ميتالويندوببتيداز المتورط في تكوين الفطريات الهوائية في الستربتوميسيس جريسيوس. المرجع نفسه 2002؛ 184:21:6016-6025.
Onaka H.، Nikagawa T.، Horinouchi S. إشراك اثنين من متماثلات مستقبلات العامل A في الستربتوميسيس كوليكولور A3 (2) في تنظيم التمثيل الغذائي الثانوي والتشكل. مول. ميكروبيول. 1998; 28:4: 743-753.
Revenchon S.، Bouillant M.، Salmond G.، ناصر دبليو. دمج نظام استشعار النصاب في الشبكات التنظيمية التي تتحكم في تخليق عامل الفوعة في إروينيا أقحوان. مول ميكروبيول 1998; 29: 1407-1418.
تشاترجي أ.، كوي واي.، تشاترجي أ.ك. يتحكم RsmA وإشارة استشعار النصاب، N-L-homoserine لاكتون، في مستويات rsmB RNA في إروينيا كاروتوفورا subsp. carotovora من خلال التأثير على استقرارها. ي باكتريول 2002؛ 184:15: 4089-4095.
كوهلر تي، فان ديلدن سي، كيرتي إل وآخرون. يؤثر الإفراط في التعبير عن نظام تدفق الأدوية المتعددة MexEF-OprN على الإشارة من خلية إلى أخرى في الزائفة الزنجارية. المرجع نفسه 2001؛ 183: 18: 5213-5222.
غالاغر إل.، ماكنايت إس.، كوزنتسوفا إم. إل آل. الوظائف المطلوبة لإشارة الكينولون خارج الخلية الزائفة الزنجارية. المرجع نفسه 2002؛ 184:23:6472-6480.
Parsek M.، Greenberg P. Acyl-homoserine لاكتون استشعار النصاب في البكتيريا سالبة الجرام: آلية إشارات تشارك في الارتباطات مع الكائنات الحية العليا. بروك ناتل أكاد ساي 2000؛ 97:16:8789-8793.
Conway V.A., Uepi V., Speert D. تكوين الأغشية الحيوية وإنتاج لاكتون الأسيل هوموسيرين في بوركولديريا سيباكيامعقد. ي باكتريول 2002؛ 184:20:5678-5685.
كولينبراندر بي، أندرسن آر، بليهرت دي وآخرون. التواصل بين بكتيريا الفم. ميكروب. مراجعة البيولوجيا الجزيئية 2002؛ 66:3:486-505.
ميلر م.، باسلر ب. استشعار النصاب في البكتيريا. آنو ريف ميكروبيول 2001؛ 55: 165-199.
Frias J.، Olle E.، Alsina M. مسببات أمراض اللثة تنتج جزيئات إشارة استشعار النصاب. إنفيكت إميون 2001؛ 69: 3431-3434.
ماكناب ر.، فورد إس.، إي-سابيني أ. وآخرون. الإشارات المستندة إلى LuxS العقدية غوردوني: يتحكم Autoinducer 2 في استقلاب الكربوهيدرات وتكوين الأغشية الحيوية بورفيروموناس اللثوية. ي باكتيريول 2003؛ 185: 1: 274-284.
Bassler V.، Wright M.، Silverman M. أنظمة إشارات متعددة تتحكم في التعبير عن التلألؤ في فيبريو هارفي: تسلسل ووظيفة الجينات التي تشفر المسار الحسي الثاني. مول ميكروبيول 1994؛ 13: 273-286.
Ji G.، Beavis R.، Novick R. التداخل البكتيري الناجم عن التحفيز الذاتي لمتغيرات الببتيد. العلوم 1997; 276: 2027-2030.
لي إس، بارك إس، لي جي، وآخرون. الجينات التي تشفر إنزيم N-acyi الهوموسيرين المهلك لللاكتون منتشرة على نطاق واسع في العديد من الأنواع الفرعية عصية ثورينجينسيس. أبل إنفيرون ميكروبيول 2002؛ 68:8:3919-3924.
Leadbetter J.، Greenberg E. استقلاب إشارات استشعار النصاب للأسيلهوموسرين اللاكتون بواسطة المفارقة Variovorax. ي باكتريول 2000؛ 182:6921-6926.
هوانغ T.، شفايتزر H. توصيف الزائفة الزنجاريةإنزيم اختزال بروتين حامل الإينويل أسيل (Fabl): هدف للتريكلوسان المضاد للميكروبات ودوره في تخليق اللاكتون الهوموسيرين المسيل. المرجع نفسه 1999؛ 181:. 5489-5497.
Pearson J.، Delden C.، Iglewski B. يشارك التدفق والانتشار النشط في نقل الزائفة الزنجاريةإشارات من خلية إلى خلية. جيه بكتيريا. 1999; 181: 1203-1210.
مانيفيلد إم، ويلش إم، جيفسكوف جي وآخرون. الفورانوز المهلجنة من الطحالب الحمراء، Delisea pulchra، تمنع تخليق المضاد الحيوي الكاربابينيم وإنتاج عامل الفوعة الإنزيمي الخارجي في النبات إروينيا كاروتوفورا. فيمس ميكروبيول ليت 2001؛ 205: 131-138.
دونغ واي، وانغ إل، شو جي وآخرون. تبريد العدوى البكتيرية المعتمدة على استشعار النصاب بواسطة لاكتوناز هوموسيرين N-acyl. طبيعة. 2001; 411: 813-817.
رومانوفا يو.إم.، جينزبرج أ.ل. السيتوكينات هي منشطات محتملة لنمو البكتيريا المسببة للأمراض. فيستي رامز 2000؛ 1: 13-17.
Barcina I.، Lebaron P.، Vives-Rego J. بقاء البكتيريا المتجانسة في الأنظمة المائية: نهج بيولوجي. فيمس ميكروبيول إيكول 1997؛ 23: 1-9.
هايم إس، ليو إم، بوناتو بي وآخرون. إن الحالة القابلة للحياة ولكن غير القابلة للثقافة والمجاعة هي استجابات مختلفة للضغط النفسي المكورات المعوية البرازية، على النحو الذي يحدده تحليل البروتين. ي باكتريول 2002؛ 184:23: 6739-6745.
شو إتش، روبرتس إن، سينجلتون إف إل آل. بقاء وبقاء غير قابل للثقافة الإشريكية القولونيةو ضمة الكوليرافي مصبات الأنهار والبيئة البحرية. ميكروب إيكول 1982؛ 8: 313-323.
Kell D.، Kaprelyants A.، Grafen A. الفيرومونات والسلوك الاجتماعي ووظائف التمثيل الغذائي الثانوي في البكتيريا. الاتجاهات في علم البيئة والتطور 1995؛ 10: 126-129.
Domingue G.، Woody H. الثبات البكتيري والتعبير عن المرض. كلين ميكروبيول القس 1997؛ 10: 320-328.
خومينكو أ. تقلب السل الفطريفي المرضى الذين يعانون من مرض السل الرئوي الجوفي أثناء العلاج الكيميائي. مرض السل الرئوي 1987؛ 68: 243-253.
Gangadharam P. السكون الفطري. حوض الرئة ديس 1995؛ 76: 477-479.
واين إل. سكون السل الفطريو كمون المرض . الأوروبي J كلين ميكروبيول إنفيكت ديس 1994؛ 13: 908-914.
واين إل.، هايز إل. آن في المختبرنموذج للدراسة التسلسلية للتحول إلى أسفل السل الفطريمن خلال مرحلتين من الثبات غير المكرر. إنفيكت إميون 1996؛ 64:2062-2069.
بومر آر، ديفريز جيه، رومبوتس إف. العطيفة الصائميةخلايا كوكويدية غير قابلة للزراعة. متدرب J الغذاء ميكروبيول 1992؛ 15: 153-163.
كوسترز جيه، جيريتس إم، فان ستريب جيه إل أت. أشكال كوكويد هيليكوباكتر بيلوريهي المظاهر المورفولوجية لموت الخلايا. إنفيكت إميون 1997؛ 65: 3672-3679.
تشيليني إل.، هوي بي.، ليونج كي. إل أت. كوكويد هيليكوباكتر بيلوريغير قابل للزراعة في المختبر ويعود في الفئران. ميكروبيول إيمون 1994؛ 38: 843-850.
هيرش إس، يونيدا تي، أفريل إل وآخرون. تعزيز النمو داخل الخلايا السل الفطريفي حيدات الإنسان عن طريق تحويل عامل النمو- ب- ل. جي إنفيكت ديس 1994؛ 170: 1229-1237.
بيرموديز. L.، بيلروفسكي م. تنظيم التعبير عن المتفطرة الطيريةتختلف البروتينات المعقدة باختلاف البيئة داخل الخلايا المضيفة. إيمونول سيل بيول 1997؛ 75: 35-40.
Woods D.، Jones A.، Hill P. تفاعل الأنسولين مع الزائفة الزائفة. إنفيكت إميون 1993؛ 61:4045-4050.
فورتير أ.، ليبي د.، نارايانان آر وآخرون. نمو فرانسيسيلا تولارينيسيس LVS في البلاعم - توفر الحيز الحمضي داخل الخلايا الحديد الأساسي اللازم للنمو. المرجع نفسه 1995؛ 65:1478-1483.
Duncan S.، Glover L.، Killham K.، Prosser J. الكشف القائم على التلألؤ لنشاط البكتيريا المتعطشة والقابلة للحياة ولكنها غير قابلة للزراعة. أبل إنفيرون ميكروبيول 1994؛ 60: 1308-1316.
Young D.، Duncan K. آفاق التدخلات الجديدة في العلاج والوقاية من الأمراض الفطرية. آن. القس. ميكروبيول. 1995؛ 49: 641-673.
موكامولوفا ج.، كابريليانتس أ.، يونج د. وآخرون. السيتوكين البكتيري. بروك نات! أكاد العلوم الولايات المتحدة الأمريكية. 1998; 95:8916-8921.
شليفا إم.أو.، موكامولوفا جي.في.، تيلكوف إم.في. إلخ. تكوين خلايا "غير مزروعة". السل الفطريوإحياءهم. علم الأحياء الدقيقة 2003؛ 72: 76-83.

الفصل 2. استشعار النصاب

2.1. الخصائص العامة وآلية استشعار النصاب

يسمى نظام الاتصال بين الخلايا في الكائنات الحية الدقيقة بالنظام إدراك النصاب (كيو إس). اليوم، يتم تعريف نظام QS على أنه نظام للتعبير الجيني المنسق في مجتمع ما، اعتمادًا على كثافته، باستخدام جزيئات الإشارة الصغيرة. وكما هو مذكور أعلاه، تم وصف هذه الآلية لأول مرة في عام 1970 من قبل نيلسون في البكتيريا البحرية فيبريو فيشريكنظام لتنظيم تلألؤ بيولوجي. في البداية، كان من المفترض أن هذه الآلية التنظيمية هي سمة من سمات عدد صغير فقط من الأنواع ذات الصلة الوثيقة من الجنس الضمةومع ذلك، أظهرت الأبحاث الإضافية انتشارًا واسع النطاق لهذه الآلية التنظيمية في عالم الكائنات الحية الدقيقة. لقد وجد أنه بمساعدة نظام QS، تكون الكائنات الحية الدقيقة قادرة على تنظيم العديد من العمليات الحيوية، ولا سيما الإمراضية، والتمثيل الغذائي الثانوي، وتكوين الأغشية الحيوية وأكثر من ذلك بكثير. لقد ثبت أن نظام QS لا يحدث فقط في البكتيريا، ولكن أيضًا في بعض حقيقيات النوى السفلية، مثل الفطريات الشبيهة بالخميرة من أجناسها المبيضاتو المستخفية. علاوة على ذلك، اتضح أنه بمساعدة هذا النظام، تكون الكائنات الحية الدقيقة قادرة على التفاعل ليس فقط مع نوعها، ولكن أيضا لتنفيذ التواصل بين الممالك، بما في ذلك مع حقيقيات النوى الأعلى.

بشكل عام، يعتمد عمل نظام QS على عدد من المبادئ الأساسية (الشكل 1):

استخدام جزيئات الإشارة الصغيرة - في نظام QS، يتم نقل الإشارة من خلية إلى أخرى باستخدام جزيئات الإشارة ذات الطبيعة الكيميائية المختلفة.
وجود مستقبلات محددة - لا تؤثر جزيئات الإشارة بشكل مباشر على التعبير عن الجينات المستهدفة. يحدث تنشيط الجينات المستهدفة فقط بعد ربط جزيئات الإشارة بالمستقبلات المقابلة.
تأثير الكثافة السكانية للخلية - يتم إطلاق نظام QS فقط عند الوصول إلى قيمة معينة للكثافة السكانية للخلية، والتي ترتبط بتركيز جزيئات الإشارة في البيئة الخارجية.
الصيانة الذاتية للأداء - يتم التحكم في تخليق جزيئات ومستقبلات الإشارة الجديدة بنفس طريقة الجينات المستهدفة في غياب تفعيل أنظمة القمع.
وجود آليات التنظيم السلبي الانتقائي - تحتوي الخلايا الميكروبية على جينات التنظيم السلبي المعتمدة على QS والمستقلة عن QS، والتي تكون منتجاتها قادرة على إيقاف تشغيل الروابط الكاملة لنظام QS بشكل انتقائي أو النظام بأكمله ككل.

أرز. 1. المخطط العام لعمل نظام استشعار النصاب.

هذه المبادئ شائعة في جميع أنواع أنظمة QS تقريبًا، بغض النظر عن تنظيمها الهيكلي المحدد. بدء نظام QS يتزامن عادة مع المرحلة المبكرة من النمو الأسي، والذي يتميز بزيادة سريعة في الكثافة السكانية للخلية. على العكس من ذلك، يبدأ التعبير عن الجينات المستهدفة عادةً بدخول مجموعة الخلايا إلى المرحلة الثابتة، وعادةً ما يكون معقدًا، أي أنه يتضمن بداية التخليق الحيوي لجميع المنتجات التي ينظمها QS تقريبًا في فترة زمنية قصيرة. وبالتالي فإن المراحل الأولى لنظام QS هي: ضمان التخليق الحيوي لجزيئات الإشارة ومستقبلاتها، حتى نقطة معينة، بالتزامن مع تراكم الحد الأقصى لتركيز جزيئات الإشارة في الفضاء بين الخلايا، وعند الوصول إلى ذلك يدخل تشغيل نظام QS في حالة الاستدامة الذاتية.

لم يتم بعد توضيح الآليات الكامنة وراء التنشيط المبكر لنظام QS بشكل كامل. وعلى الرغم من اكتشاف عدد كبير من الهيئات التنظيمية المختلفة، والتي لها دور معين في التنشيط المبكر للنظام، إلا أن العديد من الأسئلة لا تزال دون حل. بداية، ليس من الواضح كيف يتم تنظيم التراكم الأولي لجزيئات الإشارة ومستقبلاتها. هناك فرضية مفادها أن عددًا معينًا من جزيئات الإشارة ومستقبلاتها موجودة باستمرار في الخلايا، ويحدث تراكمها الأولي وفقًا لنفس آلية الاستدامة الذاتية، بينما يتم استهلاك جزء من تجمع هذه المركبات داخل الخلايا لتخليق جزيئات الإشارة والمستقبلات. يتم إخراج الباقي من الخلايا، وعند الوصول إلى تركيز العتبة، يتم إعادة امتصاصه وتحفيز التعبير عن الجينات المستهدفة. ومع ذلك، استنادا إلى خصوصيات عمل بعض أنواع أنظمة QS، يبدو هذا غير مرجح. على العكس من ذلك، يعتقد جيمس بيرسون أن التنشيط الأساسي لـ QS يتم بمساعدة منظمات النسخ غير المحددة مثل مفاتو ففر(الخامسالفظاظة Fممثلين صالمضمض) الزائفة الزنجارية، ويدخل النظام في حالة الاكتفاء الذاتي في وقت لاحق.

2.2. تفاعلات استشعار النصاب في الكائنات الحية الدقيقة إيجابية الجرام

منتج البلازميد pPDl هو الببتيد iPDl، HHaKTHBHpyiounmcPDl.

يوضح هذا الرسم البياني "المفتاح الجزيئي" الذي ينظم سلوك البكتيريا المتوهجة. الضمة harveyiاعتمادًا على تركيز مادتين إشارات (AI-1 وAI-2)، تستخدمهما البكتيريا للتواصل مع بعضها البعض. على طول المحاور الأفقية- تركيزات مادتين، على طول المحور الرأسي- القيمة المتبادلة لقوة رد فعل البكتيريا لإشارة كيميائية معينة. يمكن ملاحظة أن "المفتاح الجزيئي" له ثلاث حالات مستقرة: "الأزرق" (تركيز كلتا المادتين مرتفع، والتفاعل هو الحد الأقصى)، "الأخضر" (تركيز إحدى المادتين، أي منهما، مرتفع والآخر منخفض والتفاعل متوسط) و"أحمر" (تركيزات كلتا المادتين منخفضة والتفاعل ضئيل). أرز. من المقال الذي تمت مناقشته في علم الأحياء PLoS

تتخذ العديد من الكائنات الحية قرارات جماعية بشكل ديمقراطي باستخدام ما يسمى "استشعار النصاب". غالبا ما يتجلى ذلك في حقيقة أنه مع زيادة الازدحام، تتحول مجموعة الأفراد إلى فريق منظم (مجتمع، قطيع، حشد). تتشابه المبادئ الأساسية لهذا التحول في الكائنات الحية المختلفة - من البكتيريا إلى الحيوانات. ويتجلى ذلك في نتائج دراستين جديدتين، إحداهما أجريت على البكتيريا المضيئة، والأخرى على الرنجة الأطلسية. تبدأ البكتيريا في التوهج معًا عندما تصل إلى تركيز عتبة المواد التي تفرزها، وفي الأسماك، تكون الإشارة لتشكيل مدارس منظمة بملايين الدولارات هي الوقت من اليوم والكثافة السكانية العتبية.

""حس النصاب""( إدراك النصاب) هي آلية واسعة الانتشار في الطبيعة تسمح لمجموعات من الكائنات الحية بأداء أعمال منسقة ومتناغمة - تمامًا كما تفعل خلايا الكائن الحي متعدد الخلايا باستمرار. ومع ذلك، في كائن متعدد الخلايا، يتم ضمان تماسك سلوك الخلية من خلال أنظمة تحكم مركزية خاصة (على سبيل المثال، الجهاز العصبي). في مجموعة من الكائنات الفردية المستقلة، لا توجد عادةً أنظمة تحكم مركزية كهذه، لذلك يتم ضمان تنسيق الإجراءات بطرق أخرى، بما في ذلك من خلال "استشعار النصاب".

من الأفضل دراسة هذه الظاهرة في الكائنات وحيدة الخلية، حيث يعتمد سلوك المجموعة المنسق عادة على نوع من "التصويت" الكيميائي. على سبيل المثال، تفرز جميع البكتيريا في مجتمع ما مادة إشارة، وعندما يصل تركيز هذه المادة في البيئة إلى قيمة عتبة معينة، تغير جميع الخلايا سلوكها بالإجماع (على سبيل المثال، تبدأ في تجربة "الجر" تجاه بعضها البعض و تتجمع في مجموعات كبيرة). على المستوى الجزيئي، يتم ضمان التغيير في سلوك الميكروبات من خلال تغيير حاد (مفاجئ في بعض الأحيان) في مستوى نشاط جينات معينة استجابة لمستوى عتبة إثارة المستقبلات التي تستجيب لمادة الإشارة. كانت إحدى أولى الكائنات التي درست استشعار النصاب هي البكتيريا المضيئة. فيبريو فيشيري، وهو موضح في المذكرة يعتمد تعايش الحبار مع البكتيريا المتوهجة على جين واحد، "العناصر"، 02/06/2009.

إن الإشارة الرئيسية التي تؤدي إلى تحول العديد من الأفراد المتباينين إلى مجتمع واحد متماسك هي عادة الازدحام. على سبيل المثال، فيبريو فيشيريلا تضيء بينما تظل الكثافة السكانية الميكروبية منخفضة. ومع ذلك، عند الوصول إلى عتبة كثافة معينة (وهو ما يحدث، على سبيل المثال، في العضو المضيء للحبار، حيث يتم تزويد البكتيريا بظروف مثالية للحياة)، تبدأ جميع الميكروبات في التوهج مرة واحدة، ويتلقى الحبار مصباحًا يدويًا للصيد في الظلام.

في الكائنات متعددة الخلايا، ينتشر أيضًا "استشعار النصاب" والتغيرات المنسقة السريعة في السلوك، على الرغم من أنها لم تتم دراستها بشكل جيد مقارنة بالكائنات وحيدة الخلية. في بعض الأحيان، قد يكون للانتقال من الحياة الفردية إلى السلوك الجماعي المنسق عواقب وخيمة حقًا، كما هو الحال مع الجراد على سبيل المثال (انظر: يحول السيروتونين الجراد الصحراوي المتواضع إلى غزاة مفترسين في ساعتين، "عناصر"، 10/02/2009). ومن المميزات أن التحول إلى السلوك الاجتماعي في الجراد يتم تنظيمه من خلال الكثافة السكانية (الازدحام)، تمامًا مثل التوهج فيبريو فيشيري.

في الأسبوع الماضي، تم نشر مقالتين مثيرتين للاهتمام حول دراسة استشعار النصاب في كائنين مختلفين تمامًا - البكتيريا المضيئة فيبريو هارفي(الأقارب المقربين V. فيشيري) وفي الرنجة الأطلسية. يعتمد كلا العملين على استخدام أساليب جديدة، وفي كلتا الحالتين نتحدث عن تغيير جذري في نطاق النظر في الكائنات قيد الدراسة. في حالة الميكروبات، تم تغيير المقياس نحو مزيد من التفاصيل: عادة ما يدرسون الاستجابة الإجمالية لمجموعات كبيرة من الميكروبات (على سبيل المثال، الكثافة الإجمالية للتوهج)، ولكن في هذه الحالة سجل الباحثون تغيرات في سلوك الأفراد. الميكروبات. عند دراسة أشياء كبيرة جدًا، مثل مدارس الرنجة التي يبلغ عددها ملايين، يتعين على المرء عادةً أن يقتصر على عينات صغيرة، حيث يصعب الحكم على المدرسة ككل. ومع ذلك، استخدم الباحثون هذه المرة طريقة مسح تحديد الموقع بالصدى شديدة الحساسية لمناطق المياه الكبيرة، والتي تم اختراعها قبل ثلاث سنوات ( ماكريس وآخرون، 2006) ، مما جعل من الممكن مراقبة تكوين أسراب يبلغ طولها عشرات الكيلومترات في الوقت الفعلي.

وقد لوحظ سلوك الرنجة في منطقة تفريخها خليج مينفي خريف عام 2006. اتضح أنه خلال فترة التفريخ، تنظم أسماك الرنجة نفسها ذاتيًا كل مساء في مجموعات ضخمة تصل إلى ربع مليار فرد، والتي تسبح بشكل جماعي وودي في المياه الضحلة حيث تبيض الرنجة.

خلال النهار، تسبح الأسماك بشكل منفصل بالقرب من القاع في الأماكن العميقة، حيث يوجد عدد أقل بكثير من الحيوانات المفترسة مقارنة بالمياه الضحلة. قبل وقت قصير من غروب الشمس، تبدأ الرنجة في التراكم تدريجيا على عمق 160 إلى 190 م. في البداية، تزداد كثافة الأسماك ببطء. ومع ذلك، في اللحظة التي تصل فيها الكثافة إلى عتبة 0.2 سمكة لكل متر مربع، يتغير سلوك الأسماك بشكل جذري. تندفع الأسماك فجأة نحو بعضها البعض وتشكل كتلة كثيفة (تصل إلى 2-5 سمكة لكل متر مربع)، والتي تصبح نوعًا من "مركز التبلور" لمدرسة عملاقة. من هذا التجمع الأولي، تنتشر بسرعة "موجة" من السلوك المتغير: ترى الأسماك أن أقاربها قد هرعوا بالفعل للتجمع، ويبدأون هم أنفسهم في السباحة نحو بعضهم البعض.

ونتيجة لذلك، ينمو تجمع الأسماك بسرعة أكبر بكثير من السرعة التي يمكن لسمكة واحدة أن تسبح بها. أخيرًا، تتشكل مدرسة كثيفة يصل طولها إلى 20-30 كم وعرضها حوالي 3-4 كم، وتمتد من الغرب إلى الشرق على عمق 160-190 مترًا على طول المنحدر الشمالي للمياه الضحلة التي يتم وضع البيض فيها. ثم تبدأ هذه الكتلة الضخمة من الأسماك في التحرك المنسق جنوبًا وأعلى إلى موقع التفريخ. الآن تحدث الحركة بالضبط بالسرعة التي تسبح بها الرنجة عادة. الحافة الأمامية للسرب المتحرك ناعمة وواضحة، والجزء الخلفي غير متساوٍ وغير واضح بسبب "المتخلفين" الذين يستمرون في السحب من الأعماق. وتفرخ الرنجة ليلاً على عمق حوالي 50م، ومع الفجر تتفرق المدرسة حتى مساء اليوم التالي.

ما المغزى من هذا السلوك؟ أولا، التفريخ في الرنجة هو أمر جماعي، يجب على الإناث أن تضع البيض معا، ويجب على الذكور أن يعملوا معا لتخصيبها، لذلك فإن تزامن السلوك لهذه الأسماك مهم جدا. ثانيا، تفضل معظم الحيوانات المفترسة صيد الرنجة في المياه الضحلة، لذلك من المفيد أن تصل الأسماك إلى موقع التفريخ في مجموعات كبيرة (انظر: يزيد نمط الحياة الاجتماعي من استقرار نظام المفترس والفريسة، "العناصر"، 29/10/2007)، قم بعملك في أسرع وقت ممكن وعُد إلى عمق آمن نسبيًا.

أظهرت الدراسة أنه في سمك الرنجة، مثل الكائنات الحية الأخرى التي لديها "استشعار النصاب"، يحدث تغيير مفاجئ في السلوك وتحول مجموعة غير منظمة من الأفراد إلى كل منظم استجابة للوصول إلى تركيز عتبة الأفراد (في هذه الحالة، كثافة العتبة هي 0.2 فرد لكل متر مربع). ما هي الإشارات - البصرية أو، على سبيل المثال، الشمية - التي يركز عليها الرنجة عند تقييم الكثافة السكانية لا تزال غير معروفة، ومن الصعب للغاية معرفة ذلك.

من الأسهل بكثير فهم الآليات الفسيولوجية "لاستشعار النصاب" في البكتيريا، التي ليس لديها رؤية ولا سمع ولا جهاز عصبي، وبالتالي لا يمكنها الوصول إلا إلى طريقة اتصال واحدة - كيميائية، على غرار التواصل بالرائحة في الحيوانات.

ومع ذلك، فإن الأنظمة الوراثية الجزيئية التي توفر "استشعار النصاب" في البكتيريا يمكن أن تكون معقدة للغاية، كما يظهر بوضوح في مثال الميكروب المضيء فيبريو هارفي.تطلق هذه البكتيريا ثلاث مواد إشارات تسمى "المحفزات الذاتية" (AI) في البيئة. كل مادة لها مستقبل مناظر يستجيب لوجود مادتها في البيئة. تنقل المستقبلات الثلاثة الإشارة المستقبلة إلى الخلية، مما يؤدي إلى تنشيط البروتين التنظيمي LuxU. وهو يقوم بدوره بتنشيط بروتين آخر (LuxO)، الذي ينشط عمل عدة جينات تشفر RNAs التنظيمية الصغيرة. تمنع هذه الـ RNA التنظيمية عمل الجين الذي يشفر بروتين LuxR. والأخير هو مشارك رئيسي في التسلسل التنظيمي: ويعتمد عليه نشاط العديد من الجينات، بما في ذلك تلك التي تجعل البكتيريا تتوهج.

وبطبيعة الحال، هناك حاجة إلى هذا النظام المعقد ليس فقط لتنظيم التوهج. تعتمد العديد من الجوانب الأخرى لسلوك البكتيريا عليه، لكن التوهج هو ببساطة الأسهل في التسجيل والقياس. إن العديد من التفاصيل حول هذا النظام التنظيمي معروفة بالفعل، لكن بعض الأشياء لا تزال غامضة. على سبيل المثال، ليس من الواضح سبب الحاجة إلى ثلاث مواد إشارات مختلفة وثلاثة مستقبلات لها، إذا كان كل شيء يؤدي في النهاية إلى نفس النتيجة: إما جين لوكسريتم تشغيله، ثم تتوهج الميكروبات، أو ينطفئ، ثم تخرج البكتيريا. والأمر لا يتغير جذريا لأن LuxR ينظم العديد من الجينات المختلفة، وليس فقط “جينات التلألؤ”. ومع ذلك، فإن تشغيل جميع الأنظمة الخاضعة للرقابة يعتمد على متغير واحد فقط: درجة نشاط الجينات لوكسر. يبدو أن البكتيريا يمكنها أن تتعامل بسهولة مع مادة إشارة واحدة ومستقبل واحد، أي متغير "إدخال" واحد، من أجل تنظيم متغير "إخراج" واحد واحد. ومع ذلك، لسبب ما، تفكر البكتيريا بشكل مختلف وتتواصل مع بعضها البعض باستخدام ثلاث مواد إشارات مختلفة.

لفهم هذه المشكلة الصعبة، قام الباحثون ببناء عدة سلالات معدلة وراثيا فيبريو هارفي,الذي تم تبسيط نظام الاتصال الكيميائي الخاص به بشكل كبير. أولاً، تم إزالة الجين الذي يشفر أحد المستقبلات الثلاثة لجميع البكتيريا. الآن، لم تتمكن الميكروبات من الاستجابة إلا لاثنين من المواد الثلاث (AI-1 وAI-2). ثانيا، تم إيقاف تشغيل الجينات اللازمة لإنتاج مواد الإشارة. وقد تم ذلك حتى يتمكن الباحثون من إبقاء تركيزات المواد AI-1 وAI-2 تحت سيطرتهم الكاملة. ثالثًا، قاموا بربط جين البروتين الفلوري الأخضر بالموقع التنظيمي (المروج) لأحد الـ RNA التنظيمية الصغيرة المشاركة في السلسلة التنظيمية. وقد منحهم ذلك الفرصة للحكم من خلال قوة تألق الخلايا البكتيرية الفردية على درجة تنشيط السلسلة التنظيمية "لاستشعار النصاب" بدقة وتفاصيل أكبر بكثير مما يمكن تحقيقه بواسطة قوة التوهج الطبيعي للبكتيريا.

اتضح أن كلاً من مادتي الإشارة (AI-1 وAI-2) تعملان على النظام بشكل متطابق تقريبًا، ويمكن أن يكون النظام في إحدى الحالات الثلاث المستقرة:

1) إذا كان تركيز المادتين منخفضاً، تقوم البكتيريا بإنتاج البروتين الفلوري الأخضر بشكل فعال. وهذا يعني أن تخليق بروتين LuxR قد تم تعليقه، وبالتالي فإن جميع الجينات التي يتم حظرها بواسطة بروتين LuxR تعمل بنشاط، ويتم إيقاف تشغيل جميع الجينات التي يتم تنشيطها بواسطة هذا البروتين (بما في ذلك الجينات المسؤولة عن التألق الطبيعي).

2) إذا كان التركيز أيترتفع مادتان - AI-1 أو AI-2 - إلى قيمة عتبة (والتي تتوافق تقريبًا مع جزيء واحد من المادة لكل حجم تشغله بكتيريا واحدة)، ثم يضعف التألق الأخضر بشكل ملحوظ، لكنه لا يتوقف تمامًا. هذه الحالة "المتوسطة" مستقرة تمامًا. يظل مستوى التألق دون تغيير تقريبًا على نطاق واسع من تركيزات مواد الإشارة - طالما أن تركيز إحدى المادتين أكبر والثانية أقل من مستوى العتبة.

3) وأخيرا، إذا كان التركيز كلاهماتتجاوز مواد الإشارة مستوى العتبة، ويتوقف عمليا تصنيع بروتين الفلورسنت الأخضر. وهذا يعني أن السلسلة التنظيمية مفعلة بالكامل. فقط في هذه الحالة يتم تشغيل التوهج الطبيعي.

بمعنى آخر، اتضح أن استخدام مادتين للإشارة سمح للبكتيريا بإنشاء "مفتاح" جزيئي قادر على تبني ثلاث حالات مستقرة، وليس حالتين. يبدو أن كل حالة من هذه الحالات الثلاث تتوافق مع مجموعتها الخاصة من الجينات التي يتم تشغيلها وإيقافها، أي "سلوكها" الخاص بالميكروبات.

يشير المؤلفون إلى أن هذا التبديل في الواقع قد لا يحتوي على ثلاث حالات، بل أربع حالات مستقرة - بعد كل شيء، هناك أيضًا مادة إشارة ثالثة، والتي لم يتم أخذها في الاعتبار في التجارب.

وفقًا للمؤلفين، فإن مثل هذا النظام المعقد للتواصل الكيميائي يسمح للبكتيريا بتنظيم سلوكها اعتمادًا على مرحلة تطور المجتمع الميكروبي (الأغشية الحيوية؛ انظر الشكل 1). بيوفيلم). من الناحية النظرية، يمكن أن تتغير تركيزات المواد الإشارة - وكذلك سلوك البكتيريا - بشكل طبيعي أثناء نمو المستعمرات فيبريو هارفي، ويبحث المؤلفون حاليًا عن دليل على هذا الافتراض.

يؤدي "استشعار النصاب" في بكتيريا الرنجة والبكتيريا المضيئة إلى تزامن السلوك، مما يجعل جميع الأفراد يتصرفون بنفس الطريقة. ومع ذلك، هناك أيضًا حالات لردود فعل سكانية "ثنائية النسق" تجاه الإشارات الجماعية. وهذا يعني أن نفس الإشارة تسبب أحد التفاعلين البديلين لدى أفراد مختلفين، ولا يمكن تحديد خيار واحد أو آخر حتى من خلال النمط الجيني للفرد، ولكن من خلال الصدفة البسيطة. ويحقق هذا تنوعًا في الأنماط الظاهرية (السلوكيات) بشكل مستقل عن تنوع الأنماط الجينية. عادة، في التفاعل ثنائي النسق، يتم ضمان استقرار كل من الحالتين البديلتين للجسم بسبب ردود الفعل الإيجابية. تمت مناقشة مثال هذا السلوك في الملاحظة تساعد البكتيريا الإيثارية أقاربها آكلي لحوم البشر على أكل أنفسهم("عناصر"، 27/02/2006).

هل هناك "حس النصاب" بين الناس؟ على ما يبدو، يجب البحث عن إجابة هذا السؤال في الأدبيات العلمية حول ما يسمى "علم نفس الحشود" (انظر، على سبيل المثال: A. P. Nazaretyan. الجمهور وأنماط سلوكه).

التواصل الكيميائي في البكتيريا (تنظيم استشعار النصاب)

I ل. خميل، آي إم جي راس

في السنوات الأخيرة، تم لفت انتباه العديد من الباحثين الذين يعملون مع الكائنات الحية الدقيقة في مختلف مجالات علم الأحياء والطب إلى ظاهرة تسمى استشعار النصاب (QS). استشعار النصاب (QS) هو نوع خاص من تنظيم التعبير الجيني البكتيري، اعتمادًا على كثافة سكانها. تشتمل أنظمة QS على جزيئات إشارات جزيئية صغيرة تسمى المُحفزات الذاتية، والتي تنتشر بسهولة عبر جدار الخلية، والبروتينات التنظيمية التي ترتبط بها المُحفزات الذاتية (AI). مع زيادة عدد البكتيريا ووصولها إلى مستوى حرج، تتراكم الذكاء الاصطناعي إلى القيمة العتبية المطلوبة وتتفاعل مع البروتينات التنظيمية المقابلة، مما يؤدي إلى تنشيط حاد (تحريض) للتعبير عن جينات معينة في البكتيريا. بمساعدة الذكاء الاصطناعي، يتم إجراء الاتصال البكتيري - نقل المعلومات بين الخلايا بين الأفراد البكتيريين الذين ينتمون إلى نفس الأنواع أو الأنواع المختلفة أو الأجناس وحتى العائلات؛ ولذلك، تعتبر جزيئات الإشارة "كلمات" في هذه "اللغة" الغريبة للبكتيريا. بفضل تنظيم QS، تستطيع البكتيريا التحكم بشكل منسق في التعبير الجيني في جميع أنحاء المجتمع. يُظهر سلوك البكتيريا هذا أوجه تشابه مع الكائنات متعددة الخلايا. تستفيد البكتيريا من السلوك "الاجتماعي" الذي لم يكن متاحًا لها كخلايا فردية. إن نقل المعلومات من خلية إلى أخرى باستخدام أنظمة QS، مما يؤدي إلى تحفيز مجموعات متخصصة من الجينات، يساهم في التكيف السريع للمجموعات البكتيرية مع الظروف البيئية المتغيرة وبقائها في الظروف الطبيعية.

تم اكتشاف تنظيم QS لأول مرة ووصفه في أوائل السبعينيات في بكتيريا بحرية مضيئة الضمة فيشيري. في هذه البكتيريا، يتم تشفير القدرة على تلألؤ بيولوجي بسبب تخليق لوسيفيراز لوكسمشغل ( luxCDABE) ، ولا يحدث التلألؤ البيولوجي إلا عند الكثافة السكانية البكتيرية العالية (حتى 10¹¹ خلية / مل). الخامس. فيشيري يعيش في تكافل مع بعض الحيوانات البحرية، في العضو الضوئي المتخصص لدى الحيوان. في هذا الارتباط التكافلي، يوفر الحيوان المضيف للبكتيريا وسطًا غذائيًا غنيًا، وتوفر البكتيريا المضيفة الضوء. يستخدم كل كائن حقيقي النواة الضوء لأغراضه الخاصة. على سبيل المثال، الحلزون اوبريمنا المجارفتضيء نفسك مع الخامس. فيشيري, ولا تلقي بظلالها في ضوء القمر والنجوم مما يساعدها على الهروب من الأعداء. سمكة أحادي المركز japonicus يستخدم الضوء لجذب الشريك [بنسبة 3].

لفترة طويلة كان يعتقد أن تنظيم QS هو حالة نادرة جدًا، ولكن في السنوات الأخيرة أصبح من الواضح أن هذا النوع من التنظيم منتشر على نطاق واسع في البكتيريا من المجموعات التصنيفية المختلفة. حاليًا، تم العثور على تنظيم QS في أكثر من 50 نوعًا بكتيريًا. تستخدم البكتيريا مجموعة واسعة من المركبات كمحفزات ذاتية لأنظمة QS؛ يتزايد عدد أنظمة الذكاء الاصطناعي المكتشفة حديثًا. علاوة على ذلك، يمكن لنوع واحد من البكتيريا استخدام والتعرف على أكثر من نوع واحد من جزيئات الإشارة.

لقد ثبت الآن أن الأنظمة التنظيمية من نوع QS تلعب دورًا رئيسيًا في عدد كبير من عمليات الخلايا البكتيرية. وتشارك في تفاعل العديد من البكتيريا مع الكائنات الحية العليا والحيوانات والنباتات، وفي تنظيم الفوعة البكتيرية، وتكوين الأغشية الحيوية، وتنظيم التعبير الجيني المرتبط بتخليق الإنزيمات الخارجية المختلفة، والسموم، والمضادات الحيوية وغيرها من المستقلبات الثانوية، الاقتران، وما إلى ذلك. أظهر استخدام الأساليب النسخية في السنوات الأخيرة والتحليل البروتيني أن أنظمة QS تعمل كعوامل تنظيمية عالمية. إن دراسة الأنظمة التنظيمية لـ QS ودورها في عملية التمثيل الغذائي والتفاعل بين البكتيريا تحدد نهجًا جديدًا تمامًا لدراسة سلوك البكتيريا في الظروف الطبيعية؛ يمكن أن تكون هذه الدراسات ذات أهمية عملية كبيرة.

يعد دور أنظمة QS كبيرًا بشكل خاص في تنظيم عمليات تفاعل البكتيريا المسببة للأمراض مع الكائن حقيقي النواة - المضيف. تحدث العملية المعدية عند الوصول إلى أعداد كبيرة بما فيه الكفاية من البكتيريا المسببة للأمراض؛ وفي الوقت نفسه، تؤدي الزيادة في تركيز جزيئات الإشارة في البيئة إلى التوليف المتزامن لعوامل الفوعة التي تساهم في تدمير أنسجة الجسم. تساعد هذه الإستراتيجية البكتيريا على التغلب بنجاح على الاستجابة المناعية للكائن المضيف.

تعد قدرة البكتيريا على تكوين الأغشية الحيوية عاملاً مهمًا في قدرتها المرضية. الأغشية الحيوية هي هياكل فيزيائية ذات خصائص فريدة تشكلها المجتمعات الميكروبية المرتبطة بالسطح. يعد تكوين الأغشية الحيوية إحدى الاستراتيجيات الرئيسية التي تزيد من بقاء البكتيريا في البيئة، بما في ذلك المضيف. إن قدرة البكتيريا على الوجود كجزء من الأغشية الحيوية تخلق صعوبات كبيرة في الممارسة الطبية، لأن هذا يزيد بشكل كبير من مقاومة البكتيريا لعمل الأدوية المضادة للبكتيريا، وكذلك لآثار المطهرات، والعوامل البيئية غير المواتية، مثل انخفاض أو ارتفاع مستويات الرقم الهيدروجيني، والقوة التناضحية العالية، وما إلى ذلك، وتأثير الدفاع المناعي للمضيف. إن تكوين الأغشية الحيوية البكتيرية على المعدات القابلة للزرع (على سبيل المثال، القسطرة، وصمامات القلب الاصطناعية، والعدسات، وما إلى ذلك) هو سبب عدد من الأمراض المزمنة الشديدة والتي يصعب علاجها للغاية. لقد ثبت أن تنظيم QS يلعب دورًا حاسمًا في تكوين الأغشية الحيوية

حقيقة أن QS قد يكون عاملاً مهمًا في تنظيم الفوعة البكتيرية قد أدى إلى اتجاه جديد للبحث يتضمن استخدام تنظيم QS كهدف محتمل لمكافحة الأمراض المعدية. من المفترض أن تثبيط عمل أنظمة QS قد يوفر علاجات جديدة، مما يؤدي إلى التحول الفعلي للبكتيريا المسببة للأمراض إلى بكتيريا غير ممرضة دون استخدام المضادات الحيوية والأدوية الأخرى شائعة الاستخدام. حاليًا، يعتبر هذا النهج بمثابة استراتيجية واعدة جديدة للعلاج المضاد للميكروبات. يقوم عدد كبير من المختبرات بالبحث عن المواد التي تثبط QS وتدرسها. أدناه سننظر في أنظمة QS المعروفة في البكتيريا وآفاق إنشاء جيل جديد من الأدوية التي تهدف بشكل مباشر إلى قمع القدرة المرضية للبكتيريا.

النصاب القانونيالاستشعار الأنظمة في البكتيريا همالآليات الجزيئية

أفعالهم

كيو إسالأنظمة البكتيرية سلبية الجراملوكسI- لوكسريكتب.

في البكتيريا سالبة الجرام، أفضل أنظمة QS تمت دراستها هي تلك التي تعمل بمشاركة لاكتونات N-acyl-homoserine (AHL، أو AI-1). تشتمل AHLs على حلقة لاكتون هوموسيرين ومجموعات أسيل جانبية. تم وصف أكثر من 40 AHLs، تختلف في طول سلاسل الأسيل في الجزيء. يتم تحديد خصوصية عمل AHL من خلال عدد مجموعات الأسيل (من C4 إلى C16) ووجود بعض المجموعات الإضافية. AHLs التي تحتوي على سلاسل أسيل قصيرة تنتشر بحرية عبر أغشية الخلايا؛ تتطلب AHLs ذات سلاسل الأسيل الطويلة نقلًا نشطًا للخروج من الخلايا. يتفاعل AHL مع البروتينات التنظيمية المتماثلة لبروتين LuxR الضمة فيشيريالتي تشكل عائلة البروتينات الشبيهة بـ LuxR. تحتوي جزيئات هذه البروتينات على مجالين يحددان ارتباط البروتين بـ AHL وDNA. عندما يرتبط AHL، يتغير تكوين البروتين الشبيه بـ LuxR، مما يسمح له بربط الحمض النووي والعمل كمنشط للنسخ.

يشتمل التخليق الحيوي لـ AHL في العديد من البكتيريا التي تمت دراستها في هذا الصدد على S-adenosyl methionine (SAM) (تكوين حلقة اللاكتون الهوموسيرين) وبروتين نقل مجموعة الأسيل ACP.

تم العثور على أنظمة QS التي تعمل بمشاركة AHL في عدد كبير من البكتيريا سالبة الجرام، بما في ذلك الأجناس الأجرعية, ايروموناس, بوركولديريا, كروموباكتريوم, الليمونية, المعوية, إروينيا, هافنيا, بانتويا, الزائفة, رالستونيا, رودوباكتر, ريزوبيوم, سيراتيا, الضمة, يرسينياإلخ. ومن بينها البكتيريا المسببة للأمراض والمسببة للأمراض النباتية.

تمت دراسة تنظيم QS بمعظم التفاصيل لوكسأوبرا الضمة فيشيري. وهو يشتمل على مكونين تنظيميين رئيسيين: 1) بروتين Luxi (سينثاز

autoinducer) هو المسؤول عن إنتاج N- (3-oxohexanoyl) - لاكتون هوموسيرين (3OC12-HSL)؛ 2) يقوم بروتين LuxR بإرفاق المحفز الذاتي، ثم مجمع LuxR-3OC12-HSL، المرتبط بالمروج لوكسيقوم المشغل بتنشيط عملية النسخ الخاصة به، مما يؤدي إلى تخليق اللوسيفيراز وانبعاث الضوء. عندما الثقافة الضمة فيشيري عندما ينمو، يتراكم 3OC12-HSL إلى مستوى العتبة، وهو ما يكفي لتنشيط LuxR وربطه بمنطقة المروج. لوكسالأوبون وتحريض هذا الأوبون. لأن يعد جين سينثاز المُحرِّض الذاتي Luxi جزءًا من هذا العامل، وتزداد كمية الذكاء الاصطناعي في ظل هذه الظروف بشكل حاد، مما يؤدي إلى مزيد من الحث لوكستوليف الأوبون ولوسيفيراز.

من بين البكتيريا المسببة للأمراض، تعتبر أنظمة QS هي الأفضل التي تمت دراستها الزائفة الزنجارية. في الخلايا الزائفة الزنجارية, أحد مسببات الأمراض البشرية الانتهازية التي تسبب التهابات الجهاز التنفسي الحادة، يتم تنشيط عدد كبير من الجينات، بما في ذلك الجينات المسؤولة عن تخليق عوامل الفوعة، بواسطة نظامين QS من نوع Luxi-LuxR: LasI-LasR وRhlI-RhlR. بروتين LasI هو المسؤول عن إنتاج لاكتون الهوموسيرين N-3 (أوكسودوديكانويل) (3OC12-HSL)، وبروتين RhlI هو سينسيز N-بيوتانويل هوموسيرين لاكتون (C4-HSL) ويشارك في تنظيم تكوين الأغشية الحيوية. ينظم نظام LasI-LasR تخليق عوامل الفوعة المفرزة المسؤولة عن تدمير أنسجة المضيف عند بدء عملية معدية: الإيلاستاز، المشفر بواسطة الجين لاس ب، البروتياز المشفر بواسطة لاس، وهو سموم خارجية مشفرة توكسا, الفوسفاتيز القلوي المشفر بواسطة الجين أبريل. يقوم نظام LasR-LasI QS أيضًا بتنشيط التعبير عن جينات نظام QS الثاني ص. الزنجارية, RhlI-RhlR، مما يؤدي إلى تحريضه. يؤدي مجمع بروتين RhlR مع المُحفز الذاتي المقابل C4-HSL إلى تحفيز التعبير عن جينين ينظمهما نظام QS من النوع الأول، لاس بو أبريل, و. العديد من الجينات المهمة لضراوة البكتيريا وبقائها في الظروف الطبيعية. وقد تبين أن التعبير عن أكثر من 600 جينة ص. الزنجارية تسيطر عليها QS.

لقد ثبت أن 3OC12-HSL يمكن أن يكون له تأثير مباشر على الجسم: تتفاعل جزيئات 3OC12-HSL مع مكونات الجهاز المناعي، مثل الإنترلوكينات، مما يعدل استجابة الجسم المناعية للعدوى. ص. الزنجارية; تمنع تكاثر الخلايا الليمفاوية، وتمايز الخلايا التائية، وإنتاج السيتوكينات، وتقليل إنتاج عوامل نخر الورم؛ أدى حقن هذا المركب إلى حدوث عملية التهابية لدى الفئران.

ش ص. الزنجارية تم اكتشاف مُحفز ذاتي ذو طبيعة مختلفة - 2-هيبتيل-3-هيدروكسي-4-كينولون (يسمى PQS). ينظم PQS جزئيًا التعبير الجيني للإيلاستاز لاس بجنبا إلى جنب مع نظامي QS الموصوفين أعلاه. يتطلب التعبير عن PQS بروتين LasR، ويقوم PQS بدوره بتنشيط النسخ الجيني rhlI.

وهكذا، تشارك أنظمة QS في السيطرة على الفوعة ص. الزنجارية في شبكة تنظيمية معقدة وهرمية.

وكشف الفحص المجهري لرئتي المرضى الذين يعانون من التليف الكيسي (CF) ذلك ص. الزنجارية يعيش هناك بشكل رئيسي كجزء من الأغشية الحيوية. وقد تبين أن الخلايا ص. الزنجارية، حمل لاسيطفرة، لا تشكل أغشية حيوية ناضجة، ويتوقف تكوين الأغشية الحيوية عند مرحلة المستعمرة الدقيقة. ويمكن استكمال هذه الطفرات بإضافة خارجية للمحفز الذاتي 3OC12-HSL. الأبحاث التي أجريت مع ص. الزنجاريةأظهر أن تكوين الغشاء الحيوي قد يكون عاملاً حاسماً في استعمار الرئة بواسطة هذا العامل الممرض.

هناك بكتيريا مسببة للأمراض أخرى يتم فيها دراسة دور QS في تنظيم الفوعة بوركولديريا سيباكيا، يحتوي على نظام CepI-CepR QS الذي يشارك في تنظيم العوامل المسببة للأمراض (exoprotease، Siderophores). إن تخليق المحرضات الذاتية تنظيم QS لاكتون N-octanoyl-homoserine (C8-HSL) و N-hexanoyl-homoserine لاكتون (C6-HSL) في هذه البكتيريا ضعيف جدًا. تم عرضه. أنه في معظم حالات مرضى التليف الكيسي تصاب الرئتان بالعدوى في نفس الوقت ب. سيباكيا و ص. الزنجارية. وفي الوقت نفسه، فإن التواصل بين الأنواع بين هذه البكتيريا يمكن أن يعزز القدرة المرضية ب. سيباكيا. وبالتالي، إضافة السائل الثقافة ص. الزنجارية إلى الثقافات ب. سيباكيا أدى إلى زيادة كبيرة في نشاط exoprotease وإنتاج Siderophore. كان هذا هو المثال الأول حيث يمكن للبكتيريا تنظيم إنتاج عواملها المسببة للأمراض من خلال تخليق الذكاء الاصطناعي بواسطة بكتيريا أخرى. إن دراسة مثل هذه السمات لسلوك البكتيريا في الظروف الطبيعية تفتح جوانب جديدة مهمة لعلم الأوبئة. في الواقع، لا يأخذ علم الأوبئة في الاعتبار مثل هذه المواقف المحتملة تمامًا عندما يؤدي تفاعل البكتيريا غير المسببة للأمراض - منتجي AHL والبكتيريا المسببة للأمراض الضعيفة (أو غير المسببة للأمراض عمليًا في ظروف معينة) إلى تطور العدوى. تثير البيانات المتاحة حاليًا بشكل عاجل مسألة الحاجة إلى إجراء بحث جاد في التواصل بين البكتيريا المختلفة في الظروف الطبيعية والآليات الجزيئية لهذا التواصل.

كيو إسفي البكتيريا إيجابية الجرام

في البكتيريا إيجابية الجرام، هناك عدة أنظمة تشارك في السيطرة على الفوعة المكورات العنقودية المذهبة، في تنظيم الكفاءة (أي القدرة على قبول الحمض النووي الخارجي أثناء التحول) في العقدية الالتهاب الرئوي, تنظيم الاختصاص والتكاثر في عصية رقيق. تُستخدم الببتيدات المفرزة، AIP، كمحفزات ذاتية لأنظمة QS في البكتيريا إيجابية الجرام. من بينها الببتيدات الخطية والببتيدات التي تحتوي على حلقة ثيولاكتون. يتم التعرف عليها من خلال مستقبلات محددة - كينازات الهستيدين الحسية المكونة من مكونين والمرتبطة بغشاء. لا تنتشر جزيئات الإشارة الببتيدية عبر غشاء الخلية؛ ومن الواضح أن مصدري الببتيد هم المسؤولون عن إطلاقه من الخلية إلى البيئة. في معظم الحالات، تتم معالجة وتعديل الببتيدات. تقوم البكتيريا إيجابية الجرام المختلفة بتصنيع جزيئات مختلفة من الببتيد. تعمل آلية الإشارة من خلال سلسلة الفسفرة/نزع الفسفرة. تتم فسفرة كيناز المستشعر، وبعد ذلك يتم نقل مجموعة الفسفوريل إلى البروتين المقابل - منظم الاستجابة. يرتبط منظم الاستجابة المفسفر بالحمض النووي وينشط نسخ الجين المستهدف.

أفضل نظام QS تمت دراسته هو المكورات العنقودية المذهبة. س. المذهبةيستخدم استراتيجية ثنائية الطور لعدوى الكائنات الحية الدقيقة. في الكثافات السكانية البكتيرية المنخفضة (المرحلة الأولى من العدوى)، تنتج الخلايا عوامل بروتينية تعزز ارتباطها واستعمارها؛ عند الكثافة السكانية العالية (المرحلة الثانية)، تقوم البكتيريا بقمع تخليق هذه العوامل، ويبدأ إفراز السموم والبروتياز فيها؛ يتم تنظيم هذه المرحلة بواسطة نظام Agr QS. يتضمن النظام الببتيد التلقائي AIP و agrBDCA-التشغيل. الجين agrD يشفر جينات AIP agrCو أجرا- بروتينان مكونان من بروتينات، كينازات الاستشعار، AgrC وAgrA. الجين agrBيشفر البروتين الذي يصدر ويعدل AIP (يضيف حلقة ثيولاكتون). يؤدي ربط AIP بـ AgrC إلى فسفرة AgrA. يحث AgrA المفسفر على التعبير عن الحمض النووي الريبي (RNAIII) التنظيمي، الذي يمنع التعبير عن عوامل التصاق الخلايا خلال المرحلة الثانية من العدوى. AgrA المنشط يحفز أيضًا التعبير agrالأوبون، الذي يسبب تحريض تخليق AIP.

أربع مجموعات معروفة س. المذهبة, توليف AIPs بتسلسلات مختلفة. ومن المثير للاهتمام أن كل نوع من AIP ينشط مستقبل AgrC الخاص به، ولكنه يمنع تنشيط بروتينات المستقبلات في المجموعات الثلاث الأخرى بسبب الارتباط التنافسي لهذه البروتينات؛ ونتيجة لذلك، فإن الـ AIP لكل مجموعة من المكورات العنقودية يثبط تنشيط سلسلة الفوعة في المجموعات الثلاث الأخرى س. المذهبة. وفقًا لهذه الإستراتيجية، يقوم الببتيد AIP المنقى للمكورات العنقودية من المجموعة الثانية بقمع الفوعة س. المذهبة المجموعة الأولى أثناء إصابة الفئران.

آلية QS الثانية العاملة في س. المذهبة، يتضمن بروتين RAP (المعروف أيضًا باسم بروتين الريبوسوم L2) وبروتين TRAP؛ هذا الأخير هو عامل النسخ السيتوبلازمي. TRAP في حالته المفسفرة ينشط RNA III؛ يتم تحفيز الفسفرة بواسطة بروتين RAP. خبث س. المذهبة يمكن تثبيتها بواسطة الببتيد RIP (الببتيد المثبط RNA III). يثبط الببتيد RIP فسفرة بروتين TRAP، مما يؤدي إلى تثبيط تخليق RNA III، مما يؤدي إلى قمع تخليق السم وتقليل ضراوة الخلية. يمكن أيضًا تثبيط فسفرة TRAP في وجود AIP؛ وهذا يدل على أن شبكة نقل الإشارة المعقدة تشارك في تنظيم التسبب في المرض س. المذهبة.

في البكتيريا إيجابية الجرام الأخرى، يتم استخدام الستربتوميسيتات، من بينها المنتجون الرئيسيون لمواد المضادات الحيوية المستخدمة في الطب، والمركبات ذات الطبيعة المختلفة - بيوتيرولاكتونز - كمحفزات ذاتية لأنظمة QS. ويشارك QS في هذه البكتيريا في تنظيم تمايزها المورفولوجي وإنتاج المستقلبات الثانوية. ومن المثير للاهتمام أن جزيئات الإشارة في الستربتوميسيتات تشبه بنيويًا لاكتونات N-acyl0-homoserine في البكتيريا سالبة الجرام. ومع ذلك، فمن غير المعروف ما إذا كان التواصل موجودًا في الطبيعة بين هذه المجموعات البعيدة تصنيفيًا من البكتيريا باستخدام جزيئات الإشارة هذه.

كيو إسالنظام باستخدام محفز ذاتيمنظمة العفو الدولية.-2

تم اكتشاف المُحرِّض التلقائي AI-2 لأول مرة في الخلايا الضمة harveyi; وهو مركب ذو بنية غير عادية، وهو ثنائي إستر فورانوسيل بورات. يتراكم AI-2 في النصف الثاني من مرحلة النمو الأسي، لكن محتواه يتناقص بشكل حاد عندما تدخل الثقافة إلى المرحلة الثابتة.

سينسيز AI-2 هو بروتين LuxS المشفر بواسطة الجين luxS; الجينات luxS متجانسة للغاية في البكتيريا المختلفة. في الواقع الجين luxSموجود في نصف الجينومات البكتيرية المتسلسلة.

يتم إنتاج AI-2 من S-adenosylmethionine من خلال ثلاث خطوات؛ الركيزة الأساسية لسينثاس LuxS هي S-adenosyl-homocysteine، والذي يتم تحويله أيضًا إلى الأدينين والهموسيستين و4,5-ثنائي هيدروكسي-2,3-بنتانيديون (DPD). DPD، وهو منتج شديد التفاعل ويعيد ترتيبه بسهولة ويدخل في تفاعلات إضافية، يمكنه إنتاج جزيئات الإشارة التي تتعرف عليها أنواع مختلفة من البكتيريا على أنها AI-2. تم مؤخرًا تحديد بنية جزيء إشارة آخر، AI-2. السالمونيلا تيفيموريوم; هذه المادة ذات طبيعة الفوران تختلف عن AI-2 الخامس. harveyi، مشتمل، لا يحتوي على ذرة البورون. لقد تبين أن هذين AI-2 وسلائفهما المتكونة من DPD يمكن أن يكونا في حالة توازن في ظل الظروف الطبيعية ويتحولان بسهولة. ويعتقد أن ظهور البورون في جزيء AI-2 الخامس. harveyiوقد يكون ذلك بسبب التركيز العالي لهذا العنصر في مياه البحر حيث تعيش هذه البكتيريا؛ وفي الوقت نفسه تركيزه في الظروف المعيشية س. تيفيموريوم أقل بكثير. وجود البورون في جزيء AI-2 الخامس. harveyi وغيابه في AI-2 س. تيفيموريوم, ومن الواضح أنها ضرورية لعمل هذه المحفزات الذاتية في خلايا الكائنات الحية التي تنتجها.

وبالتالي، فقد أظهرت هذه الدراسات القليلة لأنظمة QS بما في ذلك المحرضات الذاتية من النوع AI-2 أنه باستخدام مسار التخليق الحيوي المحافظ باستخدام إنزيم LuxS، تقوم البكتيريا بتصنيع وسيطات لجزيئات الإشارة، والتي يمكن تحديد مصيرها الإضافي من خلال خصائص البيئة.

ش الضمة harveyiالبروتين المستشعر للمستقبل هو LuxP، الذي يرتبط مباشرة بـ AI-2. يتفاعل مجمع LuxP-AI-2 مع الهستيدين كيناز LuxQ المرتبط بالغشاء. في الكثافات السكانية البكتيرية المنخفضة، تتم فسفرة LuxQ ويتم نقل الفوسفات إلى البروتين السيتوبلازمي LuxU، ثم من هذا البروتين إلى البروتين التنظيمي المرتبط بالحمض النووي LuxO. بعد ذلك، تحدث سلسلة معقدة من الأحداث، بما في ذلك تنشيط الجينات التي تشفر خمسة جزيئات RNA تنظيمية صغيرة بواسطة بروتين phospho-LuxO ووحدة فرعية sigma 54 من بوليميراز RNA؛ تتفاعل هذه الـ RNA مع بروتين RNA المرافق Hfq، مما يؤدي إلى ربط وزعزعة استقرار الرنا المرسال الذي يشفر منشط النسخ LuxR. مطلوب LuxR لتنشيط النسخ لوكسأوبرا الضمة harveyi; في الكثافة السكانية البكتيرية المنخفضة مرنا لوكسر يتحلل، ونتيجة لذلك لا يوجد تلألؤ بيولوجي. في الكثافات السكانية البكتيرية العالية، تزيد كمية AI-2 بشكل كبير، مما يؤدي إلى نزع فسفرة بروتين LuxO. لا يمكن لـ LuxO غير المفسفرة أن يحفز التعبير عن الرناوات التنظيمية الصغيرة. ونتيجة لذلك، تصبح ترجمة mRNA ممكنة لوكسر، تخليق البروتين LuxR والتلألؤ البيولوجي. وبالتالي، فإن التراكم النهائي لـ AI-2 يؤدي إلى تنشيط التعبير الجيني لوكسأوبرا. من المثير للاهتمام حقيقة أنه في اللائحة لوكسأوبرا الخامس. harveyi تتفاعل ثلاثة أنواع من المحفزات الذاتية لأنظمة QS مع بعضها البعض: AI-2، وAHL (علامة التبويب) وCAI-1.

في الوقت الحالي، لا تزال مسألة دور AI-2 كجزيء إشارة ومنظم للتعبير الجيني في العديد من البكتيريا غير مفهومة بشكل جيد وتتطلب المزيد من البحث.

فيما يتعلق بالبكتيريا المسببة للأمراض بناءً على دراسة الطفرات ذات الجين المعطل لوكس S، وقد ثبت أن هذا الجين، الذي يعتبر جين سينسيز AI-2، متورط في تنظيم التعبير عن الجينات المرتبطة بضراوة السلالات المسببة للأمراض المعوية. ه. القولونية, الضمة الكوليرا, العقدية المقيحة. أنظمة QS من هذا النوع هي منظمات عالمية للتعبير الجيني البكتيري. لذلك تبين ذلك لوكسيشارك S في تنظيم نسخ 242 جينًا ه. القولونيةوتشكل 5.6% من جينوم هذه البكتيريا.

من بين بكتيريا العائلة البكتيريا المعويةتعتبر أنظمة النوع الثاني QS هي الأكثر دراسة جيدًا ه. القولونية و س. تيفيموريوم. ش س. تيفيموريوم تم العثور على جينات تشفر نوعًا من مستقبلات AI-2 مختلفة عن مستقبلات AI-2 LuxP الخامس. harveyi. هذا هو ناقل يعتمد على ATP يسمى LsrB (للتنظيم LuxS). تم العثور على نفس مستقبل AI-2 في أفراد آخرين من العائلة البكتيريا المعوية. بمجرد دخول الخلية، تتم فسفرة AI-2 وترتبط ببروتين LsrR. في غياب AI-2، يقوم بروتين LsrR بالقمع lsrأوبرا. يتراكم AI-2 في النصف الثاني من مرحلة النمو الأسي؛ وينخفض محتواه في الوسط بشكل حاد عندما تدخل الثقافة في المرحلة الثابتة. الخلايا ه. القولونيةو س. تيفيموريومقم باستيراد AI-2 عند دخول المرحلة الثابتة عبر الناقل Lsr.

بناءً على دراسة تأثير الطفرات التي تعطل الجين لوكس S، تم التوصل إلى أن LuxS سينسيز يشارك في تنظيم التعبير الجيني المرتبط بالفوعة في السلالات المسببة للأمراض. ه. القولونية EHEC وEPEC - يتحكمان في التعبير عن نظام إفراز النوع الثالث، والذي يتم تشفيره بواسطة جينات موضع LEE، ويشارك في تنظيم هجرة الخلايا، وتكوين الأغشية الحيوية، وتخليق السموم، وما إلى ذلك. وأظهر التحليل النسخي أن LuxS هو منظم عالمي لـ EHEC، الذي يتحكم في التعبير عن أكثر من 400 جينة. تم نشر كمية كبيرة من البيانات التي توضح حدوث طفرات في الجين لوكس S يؤدي إلى غياب تخليق AI-2 ويكون له تأثير كبير على العمليات الخلوية لمختلف البكتيريا في العائلة البكتيريا المعوية: س. marcescens, سيراتيا sp. , إروينيا كاروتوفورا و أميلوفورا.

ومع ذلك، في التجارب على استكمال الطفرات في الجين لوكس S باستخدام AI-2 المعزول والمركب كيميائيًا، وجد أنه لا تعتمد جميع الأنماط الظاهرية عليه لوكسس , يتم التحكم فيه مباشرة بواسطة AI-2. تم إثبات الدور التنظيمي لـ AI-2 على وجه التحديد فيما يتعلق بالتلألؤ البيولوجي للسلالة الخامس. harveyi BB170 والتعبير lsr- الأوبرا س. تيفيموريوم. أظهرت هذه النتائج أن البيانات المتعلقة بتأثير AI-2 على بعض خصائص الخلايا التي كانت تعتبر سابقًا معتمدة على نظام النوع II QS يجب إعادة النظر فيها مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن تخليق AI-2 ليس الوظيفة الوحيدة لـ LuxS سينسيز. في الخلايا البكتيرية ذات الجينات المعطلة لوكسيتراكم S-ribosyl-homocysteine ، حيث لا يحدث انقسام إضافي إلى الحمض الاميني و DPD. في هذه الحالة، ينخفض بشكل حاد مستوى الهوموسيستين في الخلية، وهو أمر ضروري لتخليق الميثيونين، وستستخدم الخلية مسارات أخرى لتكوينها، على وجه الخصوص، من خلال أوكسالوسيتات. وبالتالي، فإن التغيرات في التعبير عن الجينات المختلفة في لوكسيمكن تحديد طفرات S ليس (أو ليس فقط) عن طريق تنظيم QS، ولكن أيضًا عن طريق الاضطرابات الخطيرة في التمثيل الغذائي البكتيري الذي يسبب تأثيرات متعددة المظاهر.

للإجابة على السؤال ما إذا كان التأثير مرتبطا لوكسطفرات S لمختلف الأنماط الظاهرية البكتيرية مع نقص عمل أنظمة QS المستندة إلى AI-2، أم أن هذا نتيجة لتأثيرات متعددة المظاهر في الاضطرابات الأيضية، تم إجراء تحليل لقواعد البيانات الجينومية لوجود جينات لـ AI- المعروفة. 2 مستقبلات (مستقبل LuxP فيبريو هارفيومستقبل Lsr S. تيفيموريوم) وقد اقترح أن اعتماد الأنماط الظاهرية على تنظيم QS من النوع الثاني يقتصر في المقام الأول على الكائنات الحية التي تحمل جينات مستقبلات AI-2، والتغيرات في الأنماط الظاهرية في لوكسس يمكن تفسير الطفرات التي لا تحتوي على هذه الجينات باضطرابات في التمثيل الغذائي الخلوي. أتاح التحليل الجينومي إثبات وجود مستقبلات AI-2 المشابهة لـ Lsr لدى ممثلي العائلة البكتيريا المعوية، مثل ه. القولونية, فوتورهابدوس لومينيسينس، كليبسيلا الرئوية،يرسينيا النيابة., الشيغيلة الزحارو الشيغيلة com.flexneri, السالمونيلا النيابة.

لم يتم العثور على متجانسات مستقبلات AI-2 المعروفة في البنوك المنشورة للتسلسلات الجينية والبروتينية للأجناس البكتيرية سيراتياو إروينيا. على الرغم من أنه لم يكن من غير المتوقع أن يكون جهاز الاستشعار المكون من مكونين كيناز LuxPQ مفقودًا (تم العثور على هذا المستقبل حتى الآن فقط في أفراد العائلة) الاهتزازية) ، وكان غياب مجمع مستقبلات Lsr في جينوم هذه البكتيريا مفاجأة. تثير هذه الحقيقة شكوكًا جدية حول وجود أنظمة QS تعمل بمشاركة AI-2 وتشير إلى الدور الأيضي السائد لـ LuxS في هذه البكتيريا. على الرغم من أننا، بالطبع، لا يمكننا استبعاد احتمال أنه لم تتم دراسة مستقبلات AI-2 بعد.

وبالتالي، قد تختلف وظائف المواد من النوع AI-2 باختلاف البكتيريا. ومع ذلك، حتى في الحالات التي لا تكون فيها هذه المواد كجزء من أنظمة QS منظمات للتعبير الجيني للخلية المضيفة، فيمكنها، عند إطلاقها في البيئة، المشاركة في تنظيم العمليات الخلوية للبكتيريا الأخرى في السكان، وتنفيذ اتصالاتها. وقد ظهرت علاقات مماثلة بالنسبة للمجموعات المختلطة الاصطناعية من البكتيريا التي تتكون من خلايا ه. القولونيةو الخامس. harveyi، و الخامس. الكوليرا، والتي يمكن أن تتعايش معها ه. القولونية في جسم الإنسان.

أنظمة QS باستخدام محفز ذاتيمنظمة العفو الدولية.-3 والهرمونات

تم وصف AI-3 لأول مرة على أنه أحد مكونات وسط الاستزراع المستخدم لسلالة العامل الممرض EHEC، والذي قام بتنشيط التعبير عن الجينات المسؤولة عن التصاق البكتيريا بالخلايا حقيقية النواة. وأظهرت تجارب دراسة بنية AI-3 أنه مركب ذو طبيعة عطرية، واقترح أن يكون AI-3 ذو طبيعة حمضية أمينية. ومع ذلك، لم يتم بعد تحديد بنية وآلية تصنيع جزيء الإشارة هذا بشكل كامل. ومن المفترض، كما في حالة AHL، أن هناك عائلة كاملة من المركبات المشابهة لـ AI-3. لقد ثبت أن تخليق AI-3 مستقل عن الجين لوكسس الخامس ه. القولونيةعلى عكس التوليف AI-2. لقد وجد أن AI-3 ينشط نسخ جينات الفوعة في موضع LEE في سلالات EHEC ه. القولونية. لتحديد AI-3، تم الحصول على أجهزة الاستشعار الحيوية - سلالات ه. القولونية K-12، يحتوي على تركيبات في الكروموسوم تعتمد على جينات موضع LEE وجين المراسل لاك Z. باستخدام أجهزة الاستشعار الحيوية، تم اكتشاف أن البكتيريا المختلفة من البكتيريا المعوية، سلالات غير مسببة للأمراض ه. القولونية و المعوية مذرقوالأنواع المسببة للأمراض الشيغيلة, السالمونيلا و كليبسيلا، تركيب

لكي يعمل AI-3 ه. القولونيةمطلوب نظام مكون من عنصرين، بما في ذلك جهاز استشعار كيناز QseC ومنظم الاستجابة QseB. في وجود AI-3 في الفضاء المحيطي، تتم فسفرة QseC أولاً، ثم ينقل الفوسفات إلى QseB، الذي يرتبط بالمروجين المقابلين ويسبب تنشيط التعبير عن الجين والجينات الخاصة به com.fhDC-العامل المسؤول عن تركيب الأسواط. ويشارك AI-3 أيضًا في تنظيم جينات موضع LEE. تم اكتشاف نظام مكون من مكونين، يسمى QseEF، مسؤول عن تنظيم هذه الجينات.

يستجيب نظاما QseCB وQseEF، بالإضافة إلى AI-3، لفئة أخرى من جزيئات الإشارة - هرمونات الكاتيكولامين، على وجه الخصوص، الإبينفرين/النورإبينفرين (أو الأدرينالين/النورإبينفرين)، التي يتم تصنيعها بواسطة الكائن الحي المضيف. أظهر تحليل الجينوم البكتيري أن مجموعات إشارات AI-3/الإبينفرين/النوربينفرين موجودة في عدد كبير من الأنواع البكتيرية.

كيو إسوموت الخلايا المبرمج في البكتيريا.

بالإضافة إلى أنظمة QS المذكورة أعلاه، ه. القولونية تم اكتشاف نظام QS، الذي يعمل بمشاركة الببتيدات كجزيئات إشارة، والتي تشارك في تنظيم موت الخلايا المبرمج البكتيري. موت الخلايا المبرمج أو موت الخلايا المبرمج (PCD) هو برنامج محدد وراثيا لموت الخلايا في الكائنات حقيقية النواة متعددة الخلايا. تساهم PCS في الأداء الطبيعي للنظام البيولوجي، وتحريره من الخلايا التالفة التي أكملت دورة حياتها أو الخلايا التي يحتمل أن تكون خطرة والتي تظهر بسبب الطفرات. تم العثور على أنظمة ذات وظيفة مماثلة في بدائيات النوى. يمكن اعتبار التناظرية بدائية النواة لموت الخلايا المبرمج موت جزء من مجتمع الخلية البكتيريا تحت ظروف وقف النمو السكاني، على سبيل المثال، في المرحلة الثابتة من النمو عندما يتم استنفاد الركيزة الغذائية أو تحت تأثير عوامل الإجهاد. نتيجة لموت بعض الخلايا وتحللها ذاتيًا، يمكن للخلايا الحية المتبقية استخدام منتجات التحلل الذاتي كركيزة مغذية وتستمر في النمو، وتوليف المكونات الخلوية الضرورية، وهو أمر مفيد لبقاء المجموعات البكتيرية. قد يسهل PKC تبادل المعلومات الوراثية داخل مجموعة بكتيرية عندما يتم إطلاق الحمض النووي من خلال تحلل الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، فإن تدمير الخلايا التي تلحق الضرر بالجهاز الوراثي مفيد أيضًا للمجموعات البكتيرية.

لم يتم توضيح الآليات الوراثية لـ PCD في الأنظمة بدائية النواة بشكل كامل. تم إيلاء الكثير من الاهتمام لدراسة أنظمة مكافحة السموم (أنظمة TA) الموجودة في بكتريا قولونيةوالبكتيريا الأخرى. تتكون وحدات TA من زوج من الجينات في الجينوم البكتيري: جين يشفر سمًا مستقرًا يسبب موت الخلايا، وجينًا يشفر مضاد السموم الذي يمنع نشاط السموم؛ يتم نسخ جينات السموم بشكل مشترك مع جينات مضادات السموم المقابلة كجزء من عامل واحد.

نظام ه. القولونية مازإي إف هو أحد أنظمة TA الأكثر دراسة. الجين ماز F يشفر بروتين مستقر سام للخلايا، و ماز E هو مضاد للسموم غير مستقر يتحلل بواسطة بروتياز سيرين ClpAP المعتمد على ATP. ذيفان MazF هو نوكلياز داخلي يشق بشكل تفضيلي mRNAs المفردة الجديلة في تسلسل ACA ويعمل أيضًا على 16S RNA في مركز فك التشفير للوحدة الفرعية الريبوسومية 30S، مما يؤدي إلى تثبيط تخليق البروتين. وطالما يتم التعبير عن MazE وMazF معًا، يتفاعل MazE مع MazF لتحييد آثاره السامة. في الخلايا التي تنمو بشكل طبيعي، يشكل السم ومضاد السموم مركبًا مستقرًا، مما يمنع السم من إحداث تأثير سام. في ظل ظروف ضاغطة تتعارض مع التعبير ماز EF operon، البروتياز الناتج عن الإجهاد يدمر MazE، ونتيجة لذلك، يمكن للسموم المستقر MazF أن يعمل على RNA الخلوي، مما يؤدي إلى موت الخلايا والتحلل الذاتي لمعظم السكان.

مازيعتمد موت الخلايا المبرمج بوساطة EF على الكثافة السكانية ويتم تنظيمه بواسطة عامل QS EDF (عامل الموت خارج الخلية). EDF هو خماسي الببتيد الخطي Asn-Asn-Trp-Asn-Asn. تم العثور على EDF لزيادة نشاط MazF في المختبر. وفي الوقت نفسه، أدى تنشيط MazF إلى زيادة في تخليق EDF، والذي بدوره تسبب في زيادة في موت الخلايا تحت ظروف الإجهاد. تم اكتشاف الارتباط المباشر الخاص بالموقع لـ EDF وMazF. أظهرت نتائج الدراسات أن نظام QS يشارك في تنظيم موت الخلايا المبرمج في ه. القولونيةيختلف اختلافًا جوهريًا عن أنظمة QS الموضحة أعلاه البكتيريا المعوية: 1) EDF هو جزيء الإشارة الوحيد ذو الطبيعة الببتيدية الموجود فيه ه. القولونية; 2) معظم الجزيئات المعروفة المشاركة في عمل QS تتحكم في التعبير الجيني على المستوى النسخي، وEDF على مستوى ما بعد النسخ.

في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف العديد من ببتيدات QS الصغيرة التي تختلف في تسلسل الأحماض الأمينية عن EDF، والتي يتم تصنيعها بواسطة بكتيريا سالبة الجرام الزائفة الزنجاريةوإيجابية الجرام عصية رقيق، والتي يمكن أن تشارك في تنظيم موت الخلايا المتحكم فيه مازإي إف . كل من هذه الببتيدات، على الرغم من الاختلافات في البنية، قامت بتنشيط نشاط التحلل النووي الداخلي لـ MazF ه. القولونيةويبدو أنه يتفاعل مع مواقع مختلفة لهذا البروتين. وهكذا، تم اكتشاف عائلة الببتيدات QS EDF، والتي قد تصبح في المستقبل الأساس للحصول على نوع جديد من المنظمات التي تنشط PKC.

أنظمة QS المذكورة أعلاه والمحفزات الذاتية المشاركة في عملها لا تستنفد كل ما هو معروف حاليًا؛ عدد المفتوحة حديثا يتزايد باستمرار.

كبتكيو إسالأنظمة البكتيرية - نهج جديد لإنتاج أدوية ضد التسبب في الأمراض

من أهم مشاكل الطب الحديث هو الانتشار المتزايد لمسببات الأمراض البكتيرية المقاومة للأدوية التقليدية. وتتجلى هذه المشكلة بشكل خاص في الانتشار الواسع للعدوى في المستشفيات، والتي يتم تسجيلها الآن في أكثر من 20٪ من المرضى في وحدات العناية المركزة. إن انتشار أشكال البكتيريا المسببة للأمراض المقاومة للأدوية، مما يقلل من فعالية ويقلل من عدد متزايد من الأدوية التقليدية شائعة الاستخدام، والحاجة إلى تطوير طرق لقمع تكوين الأغشية الحيوية بواسطة البكتيريا يثير مسألة الاستراتيجيات الجديدة لمكافحة الأمراض المعدية. إنشاء جيل جديد من الأدوية التي تؤثر على أنظمة كيميائية حيوية محددة للكائنات الحية الدقيقة.

في الوقت الحالي، من المقبول عمومًا أن أحد "الأهداف" الواعدة من هذا النوع هو تنظيم استشعار النصاب القانوني. وتشارك أنظمة QS، كما هو مذكور أعلاه، في تنظيم الفوعة البكتيرية وتكوين الأغشية الحيوية.

يُقترح تسمية الأدوية التي تهدف إلى قمع أنظمة QS بـ "السموم المرضية" لأنها فهي، على عكس الأدوية المضادة للميكروبات الكلاسيكية (المضادات الحيوية في المقام الأول)، ليس لها تأثير مبيد للجراثيم أو جراثيم على البكتيريا المسببة للأمراض، وبالتالي لا تخلق ضغطًا انتقائيًا يؤدي إلى تكوين أشكال من البكتيريا المسببة للأمراض مقاومة للمواد المضادة للبكتيريا. في الآونة الأخيرة، تم إنشاء شركات التكنولوجيا الحيوية في الخارج والتي تهدف إلى تطوير عوامل تمنع تنظيم QS، ونتيجة لذلك، تقلل من إمراضية البكتيريا وتمنع تكوين الأغشية الحيوية.

يمكن تحقيق قمع عمل أنظمة QS بعدة طرق.

1. قمع تخليق المحرضات الذاتية كيو إس أنظمة.

كما ذكر أعلاه، S-adenosylmethionine (SAM) هو الركيزة لتوليف نوعين من أنظمة AHL وAI-2 QS. لقد تبين أن نظائرها المختلفة لـ SAM، على سبيل المثال، S-adenosylhomocysteine، S-adenosylcysteine، تعمل كمثبطات قوية لتخليق AHL في الزائفة الزنجارية. تجدر الإشارة إلى أن تفاعل سينسيز AHL مع SAM يبدو محددًا للغاية، على الرغم من حقيقة أن SAM هو مقدمة شائعة في العديد من المسارات الكيميائية الحيوية بدائية النواة وحقيقية النواة. وهذا يتيح لنا أن نأمل في إمكانية استخدام نظائرها SAM كمثبطات محددة لتخليق المحفزات الذاتية للأنظمة التنظيمية QS البكتيرية دون التأثير على الإنزيمات حقيقية النواة.

وقد تبين أن بعض المضادات الحيوية - الماكروليدات، مثبطات تخليق البروتين على مستوى الريبوسوم، تثبط تخليق AHL وبعض عوامل الفوعة بتركيزات لا تمنع نمو البكتيريا. على سبيل المثال، تثبيط تركيزات الاريثروميسين دون المثبطة تخليق AHL وعوامل الضراوة الهيموليزين والبروتياز والهيماجلوتينين في الزائفة الزنجارية. وكانت البكتيريا المعرضة للمضادات الحيوية أقل خطورة بالنسبة للفئران. وكانت هذه البيانات متسقة مع نتائج الملاحظات السريرية التي تبين فعالية استخدام جرعات منخفضة من الاريثروميسين والماكروليدات الأخرى للعدوى التي تسببها السلالات ص. الزنجارية, مقاومة لهذه المضادات الحيوية. أزيترومايسين بتركيز 2 ميكروجرام/مل وهو لا يثبط النمو ص. الزنجارية, قمع تخليق AHL، فضلا عن إنتاج عوامل الفوعة الإيلاستاز وrhamnolipids. علاوة على ذلك، أدت إضافة AHL خارجيًا إلى الثقافة إلى استعادة إنتاج عوامل الضراوة هذه، مما يشير إلى أن تخليق AHL هو الهدف الأساسي للمضادات الحيوية. آلية عمل المضادات الحيوية الماكروليدية على تخليق AHL لا تزال غير واضحة في الوقت الحاضر.

2. تثبيط ربط المحرضات الذاتية بما يقابلها

البروتينات التنظيمية .

يمكن تحقيق قمع عمل الأنظمة التنظيمية لـ QS باستخدام جزيئات مضادات المحفز الذاتي التي تتداخل مع ارتباط الذكاء الاصطناعي بجزيئات بروتين المستقبل. لقد ثبت أن مثل هذه المثبطات يمكن أن تكون قادرة على المنافسة مع AHL؛ وفي هذه الحالة، فهي قريبة من الناحية الهيكلية من جزيء إشارة المحفز الذاتي وترتبط بموقع ربط AHL مع بروتين المستقبل، ولكنها لا تنشط هذا البروتين. قد يكون للمثبطات غير التنافسية تشابه بسيط أو لا يوجد أي تشابه مع AHL؛ ترتبط هذه المركبات بمواقع مختلفة على بروتين المستقبل. حاليا، يتم دراسة هذه المثبطات بنشاط. يتم البحث عن مثبطات تنافسية باستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر.

تم الحصول على بيانات حول تثبيط تنظيم QS بواسطة نظائر AHL التي تحمل تعديلات في أجزاء مختلفة من جزيئات AHL - في سلاسل الأسيل وحلقة اللاكتون الهوموسيرين. لقد ثبت أن طول سلسلة الأسيل ضروري لنشاط AHL. يمكن أن تكون نظائر AHL ذات سلاسل الأسيل الأطول من AHL الأصلية مثبطات لنشاط أنظمة QS. يؤدي استبدال مجموعات 3-oxo في جزيئات AHL بمجموعات 3-hydroxyl أو methyl وإدخال روابط غير مشبعة في سلاسل الأسيل إلى انخفاض كبير في نشاط AHL.

تؤثر التعديلات في حلقة اللاكتون الهوموسيرين لجزيئات AHL بشكل كبير على نشاطها. AHLs الطبيعية هي أيزومرات l؛ لا تظهر الأيزومرات د نشاطًا بيولوجيًا بشكل عام. يبدو أن وجود سلسلة أسيل مطلوب للنشاط البيولوجي لـ AHL. أدى استبدال حلقة لاكتون هوموسيرين بحلقة لاكتون هوموسيستين إلى تقليل نشاط الذكاء الاصطناعي بمقدار أمر من حيث الحجم، كما أدى الاستبدال بحلقة لاكتام هوموسيرين إلى عدم وجود خصائص تنشيطية أو معادية في هذا الجزيء. ومع ذلك، فإن الجزيئات التي يتم فيها استبدال لاكتون الهوموسيرين بثيولاكتون الهوموسيرين يمكن أن تظل نشطة في عمل بعض أنظمة QS.

عند دراسة تأثير نظائرها في نظام AHL Las ص. الزنجاريةمع البدائل في حلقة اللاكتون الهوموسيرين، تبين أن الموقف تجاه هذه البدائل كان مختلفًا في حالة تفاعل هذه النظائر مع بروتينات RhlR و LasR. قد تشير هذه الحقيقة إلى وجود بروتينين مستقبلين ص. الزنجارية تختلف بشكل كبير في

مواقع الربط الخاصة بهم لـ AHL.

في الآونة الأخيرة، تم إيلاء الكثير من الاهتمام للمضادات الطبيعية لمحفزات QS الذاتية، ومشتقات الفورانون، بما في ذلك المهلجنات. وقد تم اكتشاف أن الطحالب الحمراء الأسترالية ديليسا بولكراتصنيع أنواع مختلفة من الفورانونات المهلجنة؛ تمنع منتجاتها استعمار البكتيريا البحرية لهذه الطحالب، حيث يشارك نظام QS في تنظيم عمليات التمثيل الغذائي، وبالتالي يحمي النباتات من عمل البكتيريا. فورانون د. بولكراتحتوي على حلقة فوران مع سلسلة أسيل مستبدلة في الموضع C-3 وذرات البروم في الموضع C-4. قد تختلف البدائل في موضع C-5. يتم هلوجين الفورانونات من المصادر الطبيعية في مواضع مختلفة مع ذرات البروم أو اليود أو الكلور.

بعد اكتشاف تأثير الفورانونات المتكونة د. بولكرافي مختبرات مختلفة تم إجراء فحص واسع النطاق للمواد ذات الأصل الطبيعي وإنتاج المواد المركبة كيميائيًا ومشتقات الفورانون ومثبطات QS. وكان من بينها مشتقات فورانون ذات سلاسل أسيل ذات أطوال مختلفة. وقد تبين أنه حتى مشتق فورانون بدون سلسلة أسيل مع ذرتين من البروم كان مثبطًا لنظام QS ص. الزنجارية. لقد وجد أن مشتقات الفورانون يتم إنتاجها بواسطة كائنات حية مختلفة: الطحالب البحرية الخضراء والحمراء والبنية، والفطريات، والأسيديين، والفطريات الشعاعية، وما إلى ذلك.

أظهرت دراسة آلية عمل هذه المواد على نظام QS أن المركبات ذات طبيعة الفورانون تتنافس مع AHL على موقع الارتباط مع بروتينات مستقبلات من النوع LuxR. يؤثر ارتباط الفورانونات ببروتين المستقبل على استقرار مركب بروتين ليجند، مما يؤدي إلى انقسام سريع لبروتين المستقبل.

أدى عمل الفورانونات إلى تثبيط العمليات الخلوية التي ينظمها QS: تلألؤ بيولوجي الضمة فيشيري; إنتاج عوامل الفوعة، بما في ذلك تكوين الأغشية الحيوية، والتسبب في المرض ص. الزنجارية; خبث إروينيا كاروتوفورا. كانت العديد من الفورانونات المُصنَّعة كيميائيًا أكثر فعالية بشكل ملحوظ من الفورانونات الطبيعية. من المثير للاهتمام أن الفورانونات الاصطناعية كانت نشطة ضد البكتيريا الموجودة في الأغشية الحيوية بنفس التركيزات التي تنشط ضد تنظيم QS للبكتيريا العوالق، على عكس عمل المضادات الحيوية الكلاسيكية المستخدمة لمكافحة الالتهابات. ص. الزنجارية; وفي الحالة الأخيرة، كان ينبغي أن يكون تركيز المضاد الحيوي أثناء نمو البكتيريا في الأغشية الحيوية أعلى بمقدار 100-1000 مرة.

أتاح استخدام التحليل النسخي تحديد أن إضافة مركبات الفورانون إلى الخلايا يؤثر على التعبير عن 93 جينًا ص. الزنجارية PAO1؛ تم تنظيم عمل 80٪ من هذه الجينات بمشاركة أنظمة QS، على سبيل المثال، الجينات التي تشفر الإيلاستاز، بروتياز LasA، المشاركة في تخليق الرامنوليبيدات، الفينازينات، السيانيد، الكيتيناز.

في الآونة الأخيرة، تبين أن مشتق فورانون تنتجه الطحالب د. بولكرا، (5Z) -4-برومو-5- (بروموميثيلين) -3-بوتيل-2(5H)-فورانون، يثبط QS في الخلايا الإشريكية القولونيةبمشاركة autoinducer AI-2؛ قام هذا المركب أيضًا بقمع تكوين الأغشية الحيوية وتسبب في قمع 56 جينًا ه. القولونية، 79٪ منها كانت ناجمة عن AI-2. عند التعرض لهذا المركب، انخفض تركيز AI-2 خارج الخلية بمقدار النصف؛ من المفترض أن هذا التأثير تم تنفيذه على مستوى ما بعد النسخ.

تشير البيانات المذكورة أعلاه إلى أن مشتقات الفورانون واعدة للحصول على عوامل علاجية تعتمد عليها ضد التسبب في البكتيريا. ومع ذلك، فإن المركبات التي تم اختبارها حاليًا والتي لها تأثيرات مثبطة لتنظيم QS تعتبر سامة للاستخدام الطبي. والمهمة العاجلة هي تعديلها والبحث عن مواد جديدة غير سامة للاستخدام العملي.

تنتج البكتيريا والكائنات حقيقية النواة مواد ذات طبيعة مختلفة تمنع تنظيم QS في البكتيريا - ثنائي الببتيدات الحلقية (ديكيتوبيرازين) ؛ لقد تم ذكرها أعلاه كاتصالات قادرة على تفعيل نظام QS. ويعتقد أنها تتفاعل أيضًا مع مواقع ربط AHL لبروتينات المستقبلات.

3. انحلال أهل .

يعد تدهور المحفزات الذاتية لأنظمة QS إحدى الطرق الواعدة لمكافحة الالتهابات البكتيرية التي تنظمها هذه الأنظمة. قد يكون تحلل AHL نتيجة لعمل إنزيمات معينة من البكتيريا والكائنات الحية العليا؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتحلل نتيجة التحلل المائي القلوي، عند درجة حموضة عالية، عند درجات حرارة مرتفعة عندما تنمو البكتيريا. حاليًا، يتم إجراء فحص نشط للإنزيمات التي تؤدي إلى تحلل AHL، وفي المقام الأول اللاكتونات التي تدمر حلقة اللاكتون الهوموسيرين.

تم العثور على اللاكتونات التي تحلل AHL في العصيات. تم تسمية البروتين المقابل AiiA. لقد ثبت أن وجود هذا الإنزيم في الخلايا البكتيرية يحدد إلى حد كبير قدرتها على قمع البكتيريا المسببة للأمراض النباتية، حيث يتم تنظيم الفوعة بواسطة أنظمة QS التي تتضمن AHL. نقل جين AHL-lactonase المؤتلف إلى الخلايا الزائفة الفلورسنتزيادة قدرة السلالة على المكافحة الحيوية لأمراض النبات التي تسببها البكتيريا المسببة للأمراض النباتية. علاوة على ذلك، فقد تبين أن النباتات المعدلة وراثيا تحتوي على الجين المدخل aiiA, المعبر عنها في النبات كانت أقل عرضة للإصابة بالعدوى بشكل ملحوظ إروينيا كاروتوفورا. مقدمة الجينات aiiAفي خلايا هذا الممرض النباتي قلل من تخليق AHL ونتيجة لذلك قلل من نشاط الإنزيمات المحللة للبكتيريا وظهور الأعراض الأخرى لعفن النبات. كما يتم أيضًا دراسة إمكانات أسيلاز AHL التي تنتجها البكتيريا لتحلل AHL.

تظهر الكائنات العليا أيضًا آليات لتدهور محدد لـ AHL. من المثير للاهتمام جدًا البيانات التي تفيد بأن الخلايا الظهارية التنفسية البشرية قادرة على تعطيل نشاط AHL ص. الزنجارية- 3OC12HSL، ولكن ليس C4-HSL. يبدو أن هذا التعطيل ذو طبيعة إنزيمية. AHLs الأخرى، مثل C6-HSL، تخضع أيضًا للتدهور. تم العثور على القدرة على تحليل AHL في بعض خلايا الثدييات، ولكن ليس كلها. يفتح هذا الاكتشاف مجالًا جديدًا للبحث ويعطي الأمل في أن جسم الإنسان لديه خط دفاع آخر ضد الالتهابات البكتيرية - من خلال التفاعل مع تنظيم QS للفوعة البكتيرية.

يعد البحث عن الإنزيمات التي تعمل على تحلل المُحفزات الذاتية لأنظمة QS ودراستها طريقة جديدة واعدة للحصول على عوامل علاجية تهدف إلى مكافحة الالتهابات البكتيرية.

4. القمع كيو إس أنظمة البكتيريا إيجابية الجرام.

خبث المكورات العنقودية المذهبة، التي تسيطر عليها أنظمة QS، يمكن تثبيتها بواسطة ببتيدات RIP الطبيعية ونظائرها المركبة كيميائيًا والببتيدات الخيمرية. تتنافس هذه الببتيدات مع الببتيد RAP، مما يمنع فسفرة بروتين TRAP، ونتيجة لذلك يثبط تخليق RNAIII، مما يؤدي إلى تثبيط الفوعة البكتيرية. وقد لوحظ أن الببتيدات RIP تمنع تكوين الأغشية الحيوية في الجسم الحي س. المذهبة و س. البشرة. وقد تم إثبات فعالية الببتيدات باستخدام حيوانات مختلفة مصابة بها س. المذهبة. قدم الاستخدام المتزامن لببتيدات RIP والمضادات الحيوية تأثيرًا تآزريًا، مما أدى إلى بقاء الفئران المصابة على قيد الحياة بنسبة 100%. س. المذهبة. من الممكن أيضًا استخدام التأثير المثبط لـ AIP على QS س. المذهبة, كما ذكر أعلاه.

تدعم البيانات التي تم الحصول عليها الاستخدام المحتمل للببتيدات التي تتفاعل مع أنظمة QS للمكورات العنقودية لمكافحة الالتهابات السريرية التي تسببها هذه البكتيريا. هناك طريقة أخرى للعلاج المضاد للبكتيريا للبكتيريا إيجابية الجرام وهي تطعيم الجسم بالبروتينات - مكونات نظام QS. على سبيل المثال، تبين أن تطعيم الفئران ببروتين RAP يحميها من العدوى س. المذهبة.

خاتمة

أظهرت الدراسات المكثفة لتنظيم استشعار النصاب التي أجريت في السنوات الأخيرة أن أنظمة QS تنفذ تنظيمًا عالميًا لعدد كبير من العمليات الخلوية في البكتيريا من المجموعات التصنيفية المختلفة. يبدو أن هذا النوع من التنظيم منتشر على نطاق واسع في البكتيريا. تم اكتشاف مجموعة واسعة من المنظمات ذات الجزيئات المنخفضة ذات الهياكل المختلفة المشاركة في عمليات تنظيم QS؛ عدد المركبات المحددة ذات النشاط المماثل آخذ في الازدياد. من المؤكد أن تنظيم QS يتطلب بحثًا تفصيليًا ومتعمقًا. لم تتم دراسة الآليات الجزيئية لعمل أنظمة QS بمختلف أنواعها بشكل جيد؛ وفي كثير من الحالات، ليس من الواضح ما هي خصائص البكتيريا التي تتحكم فيها هذه الهيئات التنظيمية؛ تمت دراسة أنظمة QS ودورها في التمثيل الغذائي البكتيري لعدد صغير فقط من البكتيريا.

لقد تبين مؤخرًا أن المنظمات الذاتية لأنظمة QS لا تعمل فقط في البكتيريا؛ بل تم اكتشاف تأثيرها على العمليات الخلوية أيضًا في الكائنات حقيقية النواة. تمت الإشارة أعلاه إلى التأثير المباشر لـ 3OC12-HSL (AHL، المتورط في تنظيم الفوعة). ص. الزنجارية) على بعض خصائص خلايا الثدييات. وقد اكتشف أن الكائن النباتي ( ميديكاغو truncatula) قادر على الاستجابة لـ AHLs البكتيرية (3OC12-HSL و3OC16-HSL، التي يتم إنتاجها على التوالي بواسطة العامل الممرض ص. الزنجاريةوالنبات المتكافل سينورهيزوبيوم com.meliloti). باستخدام علم البروتينات، تم تصميم هذه البروتينات على إحداث تغيرات عالمية في إنتاج أكثر من 150 بروتينًا نباتيًا. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بتحفيز إفراز النباتات للمواد التي يمكن أن تتفاعل مع تنظيم QS للبكتيريا - مما يؤدي إلى تثبيط أو تحفيز QS.

على ما يبدو، اكتسبت الكائنات الحية حقيقية النواة والنباتات والحيوانات، في عملية التطور، القدرة على التعرف على إشارات QS والاستجابة لها، وإنتاج مواد تشبه بنيويًا جزيئات الإشارة هذه وتكون منافسة لها، بالإضافة إلى تصنيع الإنزيمات التي تدمر هذه الإشارة جزيئات. يمكن لحقيقيات النوى استخدام استراتيجيات علاجية طبيعية ضد الاستعمار وغزو البكتيريا المسببة للأمراض نتيجة لتثبيط العمليات التي يحركها QS.

يشير ما سبق إلى أن دراسة أنظمة تنظيم QS تمثل مجالًا جديدًا واسعًا من النشاط للباحثين في مختلف مجالات علم الأحياء والطب؛ هذه الظاهرة تستحق الاهتمام الشديد من الباحثين. إن تحديد ودراسة أنظمة QS لمختلف الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن يكشف عن العديد من الأشياء الجديدة في تنظيم العمليات الخلوية.

يتم إيلاء اهتمام خاص لدراسة مشاركة أنظمة QS في تنظيم العمليات المرتبطة بإمراض البكتيريا. كما هو موضح أعلاه، فإن الدور الهام لـ QS في تنظيم تخليق عوامل الفوعة في البكتيريا يفتح إمكانية اتباع نهج جديد بشكل أساسي لإنشاء أدوية للعلاج المضاد للبكتيريا - الأدوية التي تهدف مباشرة إلى قمع تنظيم QS، ونتيجة لذلك، ، قمع التسبب في البكتيريا. حاليًا، يتم إجراء فحص وأبحاث مكثفة حول تأثيرات المواد المختلفة التي تم الحصول عليها من مصادر طبيعية ونتيجة للتخليق الكيميائي على تنظيم QS والتعبير عن الجينات المرتبطة بـ QS. تم الكشف عن التفاعلات مع QS للمواد المرتبطة بالبوليفينول. لأن تنتشر مادة البوليفينول على نطاق واسع في المملكة النباتية، ويُعتقد أنها مهمة في حماية النباتات من البكتيريا المسببة للأمراض. لقد ثبت أن عدداً من المواد التي تنتجها النباتات قادرة على التفاعل مع أنظمة QS؛ ويتم دراسة طبيعة هذه المواد.

في الوقت الحالي، هناك كل الأسباب التي تجعلنا نعتقد أن الأدوية التي تمنع QS يمكن أن تكون بديلاً واعداً للأدوية التقليدية للعلاج المضاد للبكتيريا في الطب والزراعة وتكنولوجيا الأغذية. أو على الأقل سيكونون قادرين على تعزيز التأثير المضاد للميكروبات للأدوية المستخدمة. يتم العمل في هذا الاتجاه بنشاط في العديد من المختبرات والشركات في مختلف دول العالم.