Огляд присвячено сучасним концепціям і даним, що свідчать про цілісний характер мікробних популяцій (колоній, біо-плівок та ін) як своєрідних "суперорганізм". При цьому особлива увага приділяється таким явищем як апоптоз, бактеріальний альтруїзм, ефект кворуму, колективна диференціювання мікробних клітин, формування структур колоніального рівня типу позаклітинного матриксу, а також способам і конкретним агентам міжклітинної комунікації в мікробній популяції. Підкреслюється еволюційно-консервативний характер багатьох засобів комунікації і форм міжклітинних взаємодій, а також роль колоніальної організації та міжклітинної комунікації в системах "паразит / комменсал / симбіонт-багатоклітинний організм-хазяїн".
This review covers the modern concepts and recent data demonstrating the integrity and coherence of microbial populations (colonies, bio-films, etc.) As peculiar "superorganisms '. Special attention is given to such relevant phenomena as apoptosis, bacterial altruism, quorum effects, collective differentiation of microbial cells, and formation of population-level structures such as extracellular matrix. Emphasis is placed on the channels and agents of intercellular communication in a microbial population. The involvement of a large number of evolution-conserved communicational facilities and patterns of intercellular interactions is underscored. Much attention is also given to the role of colony organization and intercellular communication in "parasite / commensal / symbiont-multicellular host organism" systems.
Справжня робота присвячена даними про те, що бактерії і еукаріотичні одноклітинні організми існують у вигляді цілісних структурованих колоній. Подібно колоніям багатоклітинних тварин (кишковопорожнинних, мшанок) і сім'ям соціальних комах і деяких ссавців (безшерстих кротів), мікробні колонії цілком заслуговують назву "суперорганізм". Мікробні колонії характеризуються функціональною спеціалізацією складають їх клітин і надають цим клітинам ряд переваг "соціального способу життя", таких як підвищена стійкість до антибактеріальних агентам, більш ефективне використання поживних субстратів, особливо в просторово обмежених екологічних нішах, включаючи організм багатоклітинного тварини (рослини) як господаря . Мікробні колонії як цілісні структури стали модним предметом досліджень у 90-і роки (див. наприклад [1]), проте не можна забувати розробки на цю тему класиків мікробіології. Корифей вітчизняної мікробіології І.Д. Єрусалимський фактично попередив сьогоднішні дискусії на тему організації мікробних колоній (плівок, зооглей, флоков та ін), заперечуючи в своїй докторській дисертації [2] проти примітивного органицизма - прямолінійного уподібнення мікробної колонії багатоклітинного організму (тут ми спираємося на коментатора І. Д. Єрусалимського Є. Л. Головльова [3]). Положення робіт Єрусалимського швидше відповідали уявленню про мікробної колонії як надорганізменну (біосоціальну) системі [4, 5], яка, подібно соціумам мурашок або навіть ссавців, характеризується:
просторової відособленістю мікроколоній кожного виду ("мікробних мурашників") в природних середовищ існування; фенотипической гетерогенністю культури як основою для диференціації клітин з соціальних ролей; цілісністю культури в процесі розвитку, наявністю у ній інтегральних властивостей, відсутніх у окремих індивідів; здатністю колонії впливати на характеристики навколишнього середовища при достатній щільності популяції (це властивість нині відображено в понятті "кворуму" - читайте далі).У роботах 80-х років С.Г. Смирнов висловлює по суті аналогічні погляди, розглядаючи мікробну колонію як "просторово-часовий континуум", що складається з "клітинних кластерів" з розрізняються властивостями. Причому, на кожному етапі розвитку культури домінує свій субколоніальний кластер [6].
Тема мікробної колоніальної організації вже розроблялася авторами в попередніх статтях [3, 4, 7], однак справжня робота приваблює новітні дані і відповідно розширює список охоплюються в огляді рубрик за рахунок таких популярних в останні роки напрямків досліджень як бактеріальний апоптоз і альтруїзм, ефекти кворуму і ін
В останні роки опубліковано ряд серйозних оглядових робіт з мікробної колоніальної організації і біо-комунікації (див., наприклад, [1, 8-16]), однак недостатньо розробленими в літературі залишається питання про роль еволюційно-консервативних (тобто хімічно ідентичних або явно гомологічних у різних форм живого) сигнальних молекулах, які виступають як фактори міжклітинної комунікації і соціальної поведінки, а у багатоклітинних тварин і рослин також і в більш спеціалізованих ролях (гістогормони, гормони, нейромедіатори). На еволюційно-консервативний характер багатьох сигнальних молекул раніше звернув увагу А. М. Уголев, обгрунтовуючи свою теорію еволюції живого "на основі комбінування обмеженого числа універсальних функціональних блоків" [17, С. 143]. Для Уголєва хімічні сигнали і рецептори до них представляли яскравий приклад подібних функціональних блоків, які близькі або ідентичні у організмів на різних рівнях біологічної еволюції.
З доступних нам робіт з мікробної комунікації, істотну увагу до еволюційно-консервативному характером сигнальних молекул приділяється в роботах А.С. Капрельянц з співавт. (Див. огляд [14]). Тим не менш, автори роблять основний акцент тільки на білкові / пептидні сигнальні речовини, які вони називають цитокінами за аналогією з внутріорганізменних інформонамі тварин. Ця робота тому (віддаючи данину пептидів і білків), приділяє значну увагу непептидним факторів комунікації, серед яких, поряд з унікальними для мікроорганізмів, є і різноманітні еволюційно-консервативні агенти, в тому числі нейромедіатори (по функції у багатоклітинних тварин), яким присвячені власні дослідження авторів [18, 19]. Справжній огляд також досліджує питання про роль колоніальної організації та міжклітинної (особливо щільнісно-залежною) комунікації у взаємодіях симбіотичної (паразитичної) мікробіоти і макроорганізму-хазяїна.
Форма і структура мікробних колонійБоротьба, що в даний час поступова зміна мікробіологічної парадигми - перехід від уявлень про одноклітинності мікроорганізмів до подання про мікробні колоніях як цілісних "сверхорганізм" - знаходить своє відображення в наростаючому інтерес до форми, малюнку, макро-і мікроструктурі бактеріальних колоній. "Колонії практично всіх прокаріотів видів демонструють здатність до клітинної диференціювання і багатоклітинній організації. Ця здатність, звичайно, є у бактерій і в їх природних середовищ існування, де вони в основному існують у вигляді біо-плівок, ланцюжків, матів і мікроколоній." [1, p.598]. У сучасної мікробіології як би тим самим намічається поступовий перехід до біосоціальних ("біополітіческой" [3, 4, 19, 20]) підходу до мікроорганізмів, чому сприяє детальний аналіз міжклітинних (міжпопуляційних) взаємодій за допомогою генетичної інженерії, потокової цитофлуориметрії, скануючого електронного мікроскопа , цейтраферні відеозйомки і т. д.
Численні роботи по колоніальній організації мікроорганізмів свідчать про морфологічної та фізіологічної гетерогенності входять до її складу клітин. Колонія як би складена з кількох різних "тканин" [1, 21] - клітинних кластерів у розумінні С.Г. Смирнова [6]. В якості типових кластерів у шигел він розглядав 1) активно діляться, 2) покояться і 3) спонтанно автолізується клітини [17]. Добре відомі подібні дані робіт А.С. Капрельянц зі співробітниками. Так, популяція голодувати протягом 3-6 місяців бактерії Micrococcus luteus складалася з живих, спочивали, і нежиттєздатних клітин, як показує дослідження за допомогою клітинного сортер (щодо зв'язування родаміну 123) і в біфазної системі водних розчинів полімерів [14, 22-24].
Є як вертикальна шаруватість колонії, так і наявність в ній горизонтально розділених зон (секторних і концентричних). Вертикальні шари добре помітні при спостереженні забарвлених (толуїдиновим синя, метиленовая синя) зрізів колоній. Так, в колоніях Escherichia coli [1, 25] іShigella flexneri [21] виявлено три шари: 1) нижній пофарбований (товщиною 6 мкм у дослідженій колонії E. coli [25]), 2) середній, в основному світлий, мабуть , складений з нежиттєздатних клітин (часто неправильної форми [21]), в який занурені окремі добре прокрашенние життєздатні клітини; товщина цього шару у E. coli - 16 мкм [25]; 3) верхній пофарбований (40 мкм у E. coli), в якому у разі E. coli добре помітна подальша диференціація на два шари - більш нижній тонкий (товщиною 1-3 клітинних шару), з чіткою межею і особливо яскраво забарвлений і товстий шар (40 мкм у E. coli), що містить окремі не пофарбовані клітини [25]. Цікаво, що забарвлення на β-галактозидазу при використанні генноінженерних штамів E. coli з геном lac Z дає в цілому подібну картину: вузький шар β-галактозідазосодержащіх клітин, прилеглих до субстрату, змінюється (у міру руху вгору) шаром клітин без β-галактозидази, вище якого лежать β-галактозідазосодержащіе клітини. Самий верхній шар колонії має змішане будова, що включає групи β-галактозідазосодержащіх клітин і клітини, що не містять цей фермент [25]. Шари з морфологічно і біохімічно розрізняються клітин спостерігали в колоніях збудника холери Vibrio cholera ще в 1920 р. [26].
Багато дослідників відзначають у своїх роботах наявність в колоніях також системи повітроносних мікропорожнин, часто пересічених "балками" з клітинних тяжів. Складна система мікропорожнин фактично перетворює колонії в сукупність частково ізольованих один від одного осередків згущення (мікроколоній). Мікроколонії, сформовані слизовим матриксом і розділені відкритими (часто заповнюваними водою) каналами, характерні також і для внутрішньої структури біо-плівок. Це свого роду аналог примітивною "циркуляторної системи", що доставляє живильні субстрати і прибирає продукти метаболізму [27]. У колоніях бактерії Alcaligenes sp., Штам d2, виявлені пори і канали, а також більш спеціалізовані структури ("газові балони"), оточені своєрідною "мембраною" і містять позаклітинні гемопротеїни. Імовірно, такі структури сприяють транспорту О2 до клітин в колоніях (агрегатах), тобто мова йде про аналог дихальної системи органів [28-30].
Вже зазначено, що крім вертикальної шаруватості, колоніям мікроорганізмів на щільних середовищах властиві також секторні і концентричні зони. Сектора відповідають генетично различающимся клонам, що знаходить своє відображення в їх різному фарбуванні, консистенції, формі, швидкості росту, активності ферментів і ін Наочний приклад - фазова дисоціація бактерій на R-, S-та М-форми, що розрізняються товщиною клітинної стінки (так , у представників бруцел товщина клітинної стінки у R-варіанту більше, ніж у S-варіанту [31]), наявністю або відсутністю мікрокапсули, характеристиками фібрилярного (R-і S-варіанти) або везикулярно-тубулярного (М-варіант) міжклітинного матриксу і ін Фазові діссоціанти обумовлюють відмінність в архітектоніці секторів колоній. У S-варіанті клітини родококков розподілені по товщині колонії рівномірно, число контактують між собою клітин невелика [31]. Що стосується R-варіанту, то у відповідному секторі клітини нижніх шарів розташовуються перпендикулярно або під кутом до живильного середовища, клітини верхніх шарів - радіально і паралельно до поверхні агару. У М-секторі клітини лежать великими групами і не контактують між собою [32].
Концентричні зони відображають стадії "онтогенезу" бактеріальних клітин - вони відповідають різним етапам програм індивідуального розвитку клітин. Сектора можуть бути виявлені (наприклад, у E. coli на мінімальній синтетичної живильному середовищі М9) простим візуальним спостереженням [33]. На агаризованому середовищі з тріптоном і глюкозою концентричні кола можуть бути виявлені при додаванні в агар 2,3,5-тріфенілтетразолія хлористого, який відновлюється клітинами деяких (не всіх) секторів до пофарбованого в червоний колір формазану. У результаті колонія виявляється складається з білих і червоних концентричних кілець [33]. Шапіро [1, 34] візуалізував ці кільця у E. coli, на індикаторної середовищі, що дозволяє виявити наявність або відсутність у клітин b-галактозидазної активності (як описано вище, розбіжності за цим параметром є і між вертикальними шарами клітин в колонії).
Якщо на шляху розповсюджується бактеріальної колонії створюють механічне обурення, наприклад, поміщають скляні волокна (в природних середовищ існування роль перешкод можуть грати, наприклад, складки і крипти в кишечнику як екологічній ніші для мікробіоти), то виникає лише локальна зміна у відповідних концентричних кільцях, які все одно не втрачають своєї безперервності. Коли перешкода залишається позаду фронту колонії, кільця формуються за цією перешкодою на ті ж геометричним законам, що і в інших ділянках колонії [35]. Немаханічне за своєю природою обурення для нормального розвитку колонії створюється в тому випадку, якщо клітини несуть мутацію у важливій для онтогенезу гену. Так, мутант E. coli з пошкодженим (шляхом інсерцій) геном ДНК-полімерази I в перші години розвитку формує аномальні мікроколонії з ниткоподібних клітин. Однак, і в цьому випадку колонія знаходить шляхи подолання дефекту: через 2-4 дні мутанти колонії стають морфологічно не відрізнятись від нормальних колоній, клітини - від клітин дикого типу [36]. Подолання генетичного дефекту істотно прискорюється, якщо по сусідству є зрілі (вік 2 дні) нормальні колонії, які, мабуть, виділяють диффундирующие хімічні фактори комунікації [36]. Більш старі колонії змушують більш молоді, також в результаті дії комунікативних агентів, "підстроювати" свій вік під вік "старших" - наприклад, форміроватьвнешніе концентричні кільця без попереднього формування внутрішніх кілець [1] (докладніше про комунікації у мікроорганізмів див. відповідний розділ огляду) .
Якщо концентрична зональність колонії поєднується з секторної, то у більш швидко зростаючих секторів концентричні кільця як би відтягнуті до краю [34], тобто формування кілець регулюється не в просторі (шляхом взаємодії сусідніх клітин), а в часі (пульсації "біологічного годинника"). Останнє найбільш очевидно для видів бактерій (наприклад, для представників р. Proteus, Serratia і Salmonella, для E. coli), періодично формують швермери [37] - клітини з надмірною кількістю джгутиків і не здатні до поділу. Швермери формують колоніальну структуру з концентричних терас в результаті чергування наступних процесів: 1) зростання і ділення клітин вегетативних (лаг-фаза перед черговим формуванням швермеров), 2) масове формування відцентрово мігруючих швермеров; 3) перетворення швермеров у вегетативні клітини з формуванням черговий "тераси "(стадія консолідації) [38].
Отримані дані про завісімостірітма "біологічного годинника" від щільності клітинної популяції, зокрема, про зв'язок між щільністю інокуляту Proteus mirabilis і тривалістю лаг-фази перед появою першої "хвилі" швермеров, вказує на наявність складної системи внутріколоніальной комунікації. У Serratia liquefaciens ідентифікована природа хімічного сигнального агент, що представляє собою ацілірованное похідне лактона гомосеріна [39] (клас поширених сигнальних молекул грамнегативних бактерій, див. нижче). У міру розвитку колонії є тенденція до все більшої синхронізації поведінки окремих клітин з усе більш досконалої циркулярної симетрією колонії в цілому, всупереч возмущающим факторів [40]. Ця тенденція до синхронного поведінці зберігається при зниженні концентрації глюкози як поживного субстрату і при підвищенні концентрації агар-агару в середовищі. В останньому випадку знижується швидкість переміщення швермеров, чиї джгутики потребують крапельно-рідкої вологи, що поглинається ними з агарового гелю з допомогою спеціального полісахариду капсули [40, 41]. У Serratia marcescens самі клітини виробляють зволожуючий циклічний ліпопептід [42]. Існує генетичний тригер, що перемикає клітини з синтезу білків пізніх стадій клітинного ділення на синтез білка джгутиків (флагелліна) і таким чином детермінують взаємоперетворення швермеров і діляться вегетативних клітин [43].
З точки зору колоніальної організації цікавий той факт, що за агару, ще не зайнятого зростаючої колонією, можуть переміщатися тільки цілі групи швермеров. Поодинокі клітини, що вийшли за межі колонії, втрачають рухливість до тих пір, поки їх не "підхопить" та чи інша група швермеров [1]. Це спостереження свідчить про координацію поведінки в масштабі кожної групи. Крім цього, добре відома також координація міграції швермеров в масштабі всієї колонії. Таким чином, в колонії бактерій є принаймні два рівні інтеграції:
1) окрема група координовано мігруючих швермеров і 2) вся колонія, яка включає багато подібних груп. Є аналогія з організмом багатоклітинних істот, де також відомі як координуючі системи внутрішньотканинного рівня (паракрінний системи), що виробляють локально діючі гістогормони (гістамін, серотонін та ін), так і генералізовані системи на рівні цілого організму (нервова та ендокринна системи) [44] .
Для колоній мікроорганізмів, як і для багатьох інших біосоціальних систем, характерне формування функціональних органів надорганізменного рівня, що належать цілій системі і колективно використовуваних усіма її елементами (індивідами). Найбільш примітний факт злиття індивідуальних зовнішніх клітинних покривів (капсул, екстракапсулярній слизу та ін), що веде до утворення єдиного біополімерного матриксу. До складу матриксу входять кислі полісахариди, глікозілфосфатсодержащіе біополімери типу тейхоєвих кислот, глікопротеїни, у деяких бактерій (наприклад, бацил) також поліглутаміновая кислота та ін біополімери [41]. Подібно міжклітинний матриксу тваринних тканин, мікробний матрикс також включає фібрилярні елементи [45]. Подібність між твариною та мікробним матриксом дополняется спільністю деяких хімічних компонентів (прикладом служать сіалові кислоти). Як "функціональний орган" мікробної колонії, матрикс мікроорганізмів виконує ролі, пов'язані з надклітинному уровнюорганізаціі:
Структуроутворюючу роль. Завдяки матриксу колонія складається, строго кажучи, не з поодиноких клітин, а з субколоніальних асоціацій, які зустрічаються і у грампозитивних, і у грамнегативних бактерій (у тому числі - у патогенних видів обох цих груп) і особливо впадають в очі при електронно-мікроскопічному спостереженні капсульованих бактерій, наприклад, клебсієл [46]. До структури колоній відносяться також порожнисті трубочки з позаклітинних полісахаридів та інших біополімерів (скажімо, в колоніях Pseudomonas aeruginosa) - передбачувані мікроканали для транспорту речовин. Крім цього, через подібні трубочки мігрують клітини колоній, зазвичай у вигляді дрібних L-форм [47]. Подібні "відстріли", зокрема, характерні для видів бактерій, що входять до складу симбіотичної мікробіоти людини і тварин [47]. Захисну (протекторний) роль. Обволікаючий клітини матрикс виступає як буферна внутрішнє середовище колонії, що оберігає окремі клітини і колонію в цілому від несприятливих впливів ззовні (висихання, нагрівання / охолодження, атака гідролітичних ферментів та ін.) Полісахаридні і пептидні компоненти матриксу, зокрема, включають в себе ряд кріо-, термо-і ксеропротекторов [48]. Комунікативну роль. У матрикс виділяються і по ньому поширюються екзометаболіти і продукти автолізу клітин, включаючи хімічні сигнальні речовини, в тому числі службовці для оцінки щільності власної популяції (див. нижче). У ряді випадків сигнальні речовини є у супернатанті мікробної культури лише в незначних концентраціях, оскільки затримуються в матриксі, де і виконують свою функцію; тут необхідно підкреслити, що багато видів бактерій зберігають надклітинному організацію і, відповідно, позаклітинний матрикс та при культивуванні на рідких середовищах.Подібно еукаріотичних клітин у складі тканин багатоклітинного тваринного, рослинного або грибного організму, прокаріоти формують внутріколоніальние міжклітинні контакти, ймовірно, сприяють поширенню сигнальних молекул в популяції, особливо якщо мова йде про недіффундірующіх в середовищі факторах комунікації (див. нижче). Міжклітинні контакти формуються за рахунок різноманітних поверхневих структур, включаючи мікрофібрил, шишковидне виступи, евагінати клітинної стінки, глікокалікс, відображаючи "генетично детерміновану закономірність розвитку мікробних популяцій як саморегулюючих багатоклітинних систем" [49, с.222].
Таким чином, структура колоній мікроорганізмів служить зримим відображенням її складної багаторівневої соціальної організації, що включає колективні, що охоплюють всю колонію форми поведінки, коли "воля індивіда" (клітини) підпорядковується "волі колективу". Воістину, "бактерії, хоча і являють собою одноклітинні організми, є соціальними істотами, які формують багатоклітинні асоціації "[8, p.184].
Мікробний апоптоз і альтруїзмЯскравий приклад соціального контролю (на рівні колонії) за мікробними клітинами - апоптоз, тобто програмована загибель окремих клетокв інтересах популяції в цілому. Явище апоптозу раніше вивчено на тварин і, в меншій мірі, на рослинних клітинах. У цих випадках апоптоз - нормальна складова частина індивідуального розвитку організму. Так, він необхідний для резорбції хвоста при перетворенні пуголовка; розвиток мозку передбачає програмовану загибель деяких нейронів, причому мутація, що запобігає апоптоз клітин ембріонального мозку, є летальною. Апоптоз рослинних клітин, уражених інфекційним агентом, запобігає подальшому розповсюдженню інфекції. Інтенсивно досліджуються генетико-біохімічні механізми апоптозу, пов'язані з активацією каскаду каспаз (еволюційно консервативних цистеїнових протеаз), які відповідають в кінцевому рахунку за активацію нуклеаз і ферментів, що руйнують інші клітинні структурі [50, 51]. Цікаво, що апоптоз тварин клітин фактично може відбуватися за участю симбіотичних нащадків бактерій - мітохондрій. Пошкодження стрессорного фактора мембран мітохондрій, загрозливе не тільки самій клітині, а й її сусідкам накопиченням токсичних вільно-радикальних форм кисню, впізнається клітиною по виходу з мітохондрій цитохрому с. Цей цитохром зв'язується цитоплазматическим білком Apaf1, який пов'язує прокаспазу-9, перетворюючи її в активну каспаз-9. Так ініціюється каскад каспаз і апоптоз [50, 51].
Що стосується апоптозу у мікроорганізмів, то це явище перебуває в стадії дослідження. Досить добре вивчена система еукаріотичного мікроорганізму - міксоміцетів Dictyostellium discoideum. Трансформація D. discoideum з одноклітинних амеб у багатоклітинний мігруючий псевдоплазмодий і далі в плодове тіло зі спорами є колективну реакцію на голодування клітинної популяції (система розглянута нами раніше в оглядах [4, 5]). Коли багатоклітинний псевдоплазмодий починає будувати плодове тіло, клітини в його передній чверті зазнають апоптоз. Мертві клітини формують ніжку плодового тіла [52, 53]. Процес перебуває під контролем ряду сигнальних агентів. Генералізований агентом комунікації служить циклічний аденозіномонофосфат, але для диференціації клітин ніжки (з апоптозом) особливо важливий чинник DIF (1 - (3,5-дихлоро-2 ,6-окси-4-метоксифеніл)-1-гексанон) [52, 53] . У миксобактерии - прокаріотичних аналогів міксоміцетів в плані життєвого циклу - також спостерігається програмована загибель багатьох клітин під час агрегації міксобактеріальних клітин, що призводить до формування плодових тіл (деякі групи клітин усередині созревающего плодового тіла також приречені на загибель) [54].
Прокаріотів аналогом апоптозу можна також вважати загибель частини клітинної популяції E. coli в умовах стазис - зупинки росту бактеріальної популяції (наприклад, при вичерпанні поживного субстрату). "Феноменологія" даного процесу описана порівняно давно [55] (див. також наш огляд [4]). Голодуюча популяція E. coli поступово поділяється на дві субпопуляції, одна з яких гине і піддається автолизу, в той час як інша субпопуляція використовує продукти автолізу як субстрат і продовжує рости і створювати колонієутворюючих одиниць [55]. В останні роки був розкритий генетичний механізм апоптозу в цій системі [56, 57]. Геном E. coli містить оперон з двома генами mazE і mazF. Ген кодує mazF стабільний цитотоксичний білок, а mazE - нестабільне, швидко руйнується протеазой clp PA протиотруту до білка MazF. Як відомо, вичерпання доступного клітини фонду амінокислот веде до активації оперона rel, чий білковий продукт Rel A відповідає за синтез гуанозінтетрафосфата на рибосомах. Гуанозінтетрафосфат блокує оперон maz, так що синтез протиотрути припиняється. У цих умовах білок MazF викликає загибель і Автоліз частини популяції, тим самим поповнюючи фонд амінокислот і знову активуючи синтез протиотрути MazE у залишилися в живих клітин [56, 57]. Таким чином, система виступає як хромосомний аналог численних бактеріальних плазмід, які кодують стабільний цитотоксичних агент в комбінації з лабільним протиотрутою до нього (addiction modules).
Цей приклад апоптозу у E. coli одночасно може бути розглянутий і як приклад "бактеріального альтруїзму", так як в екстремальних умовах частина голодуючих клітин лізується, сприяючи виживанню решті частини клітинної популяції [56, 58]. Автори цього огляду не заперечують наявність інших, більш потужних механізмів збереження життєздатності голодуючій мікробної популяції - процесів "економізації" енергодающіх метаболічних процесів, досліджених у роботах Н.С. Панікова [59-61].
Сучасна соціобіологія - модифікація дарвінівської теорії еволюції, звертає основну увагу на соціальні взаємодії у різних форм живого - розглядає так звану концепцію спорідненого альтруїзму [62]. Мова йде про самопожертву заради близького родича, котра має спільні гени з індивідом, приносить себе в жертву. По суті, це на "альтруїзм" в загальнолюдському розумінні слова, а клонування власних генів, які отримують альтернативний спосіб передачі наступному поколінню (не через даного індивіда, а через його родича). Слово "споріднений альтруїзм" (kin altruism) - усталений термін в середовищі соціобіологов, але він не передбачає усвідомлену жертву, а лише підхоплення природним відбором генів "загибелі заради родича" [62].
У рамках цієї концепції, мікроорганізми з переважанням безстатевого розмноження мають набагато більше підстав здійснювати апоптоз (якщо він сприяє виживанню популяції), ніж багатоклітинні істоти. Дійсно, колонія як про-, так і багатьох еукаріотичних організмів (наприклад, розглянутого вище D. discoideum) являє собою майже ідеальний клон. Тому соціобіологічні концепція родинного альтруїзму, якщо вона вірна, пророкує широке поширення "альтруїстичних" подій у колоніях мікроорганізмів [9, 58].
У цьому зв'язку становить інтерес той факт, що описані приклади апоптозу не є єдиними "альтруїстичними" системами в світі мікроорганізмів. Подібно еукаріотичних інфікованих клітин, що гинуть, щоб не допустити поширення інфекції, деякі штами E. coli несуть гени, що викликають загибель клітини після впровадження в неї бактеріофага Т4 [63]. Так, ген lit блокує синтез всіх клітинних білків у відповідь на початок експресії пізніх генів фага Т4, оскільки кодує протеазу, що руйнує необхідний для синтезу білків фактор елонгації EF-Tu [64]. Ген кодує prrC нуклеазу, расщепляющую лізіновую тРНК. Нуклеази активується продуктом гена stp фага Т4 [63]. Гени rex викликають у інфікованих фагом Т4 клітин формування іонних каналів, що ведуть до втрати клітинами життєво важливих іонів і до альтруїстичної загибелі, якщо тільки фаг не закриває канали своїми білками, продуктами генів rII [65].
Цікаво, що гени, що відповідають за загибель клітини у відповідь на фагів інфекцію не схильні стабільно вбудовуватися в хромосому (а гени rex взагалі відносяться до геному фага (і експресуються в лізогенним клітинах) [63]. Можна припустити, що "альтруїстичні" гени, будучи рухомими і легко втрачаються генетичними елементами, функціонують лише в частини бактеріальної популяції, Якщо це припущення справедливе, то бактеріальна колонія представляє собою суміш "альтруїстів" та "егоїстів". Такий змішаний склад характерний для груп вищих тварин (наприклад, щурів) і навіть людей, за повідомленням Б. М. Меднікова [66].
Кворум та хімічна комунікація у мікроорганізмівВ останнє десятиліття неухильно розширюється список вивчених мікробних процесів, що реалізуються тільки при наявності достатньої щільності популяції (кворуму). Ці дослідження продовжують розпочаті вже близько 100 років тому вишукування. Вже тоді досліджувався, наприклад, питання про те, чому культивування бактерій часто не вдається, якщо взята занадто низька щільність інокуляту. У 1988 р. Дж. Шапіро [34] також писав, що суперечки миксобактерии проростають тільки при достатньо високій їх концентрації в середовищі. Вже на початку 80-х років, як відомо, вивченням щільність-залежних процесів в мікробних популяціях активно займалися В.І. Дуда, Г.І. Ель-Регістан та ін (див., наприклад [67, 68]). Була досліджена природа деяких хімічних факторів (ауторегуляторов), що накопичуються в культурі і викликають ті чи інші ефекти, наприклад, Автоліз клітин (фактор d2 жирнокислотний природи [68]). Оригінальні вітчизняні та зарубіжні роботи 80-х років узагальнені в монографії А.С. Хохлова "Низькомолекулярні мікробні ауторегулятори" [69].
Роботи 90-х років різко посилили інтерес до "ефектів кворуму" в популяціях мікроорганізмів. До числа описаних до теперішнього часу процесів, що протікають лише при достатньо високій щільності популяції, належать такі явища [1, 8-15, 70]:
Біолюмінісценція у морських бактерій (Vibrio fischeri, V. harveyi). Агрегація клітин миксобактерии і подальше формування плодових тіл зі спорами Кон'югація з перенесенням плазмід у Enterococcus faecalis та споріднених видів, а також у бульбочкових бактерій роду Agrobacterium Формування кліток-швермеров у бактерій родів Proteus та Serratia Синтез екзоферментів та інших факторів вірулентності в рослинних (Erwinia carotovora, E. hyacinthii тощо) і тварин (Pseudomonas aeruginosa) патогенів. Освіта антибіотиків у представників роду Streptomyces і у Erwinia carotovora споруляції у бацил і актиноміцетів Стимуляція росту стрептококів і ряду інших мікроорганізмівРозкрито механізми багатьох із зазначених процесів; визначено фактори міжклітинної комунікації, що відповідають за щільнісно-залежні процеси. Тут необхідно сказати кілька слів про біокоммунікаціі в цілому (предмет особливої біологічної науки під назвою біосеміотіка). Серед досліджуваних даної наукою каналів комунікації між живими організмами, три канали комунікації є найбільш еволюційно-консервативними і в повній мірі функціонують вже в одноклітинних форм життя [4, 5]. Мова йде про передачу інформації шляхом 1) безпосереднього (фізичного) контакту між організмами, 2) вироблення дифундують в середовищі хімічних агентів; 3) генерації тих чи інших фізичних полів. Всі три канали комунікації, ймовірно, беруть участь у "ефекти кворуму".
Фізичний контакт між організмами. Деякі з щільнісно-залежних процесів включають в себе стадії, контрольовані недіффундірующімі хімічними чинниками. Вони прикріплені до генерованої їх клітин, і їх сприйняття рецепторами іншої клітки вимагає безпосереднього міжклітинного контакту. Так, в голодуючій популяції миксобактерии Myxococcus xanthus спостерігається агрегація клітин з наступним формуванням плодових тіл зі спорами (еукаріотичних аналогом цієї системи служить коротко розглянутий вище Dictyostellium discoideum). Процес перебуває під контролем як дифундують, так і недіффундірующіх хімічних факторів. Пізні його стадії, коли клітинна агрегація вже йде протягом 6 годин і необхідно забезпечити достатньо компактну укладання клітин для формування суперечка, контролюються недіффундірующім, прикріпленим до поверхні клітини білковим чинником С (продукт гена csgA) [10, 71, 72]. Мутанти по гену csgA не здатні до узгоджених клітинним рухам, необхідним для компактного розташування паличковидних клітин M. хanthus; ці мутанти не формують і плодових тіл. Ідентифіковано принаймні 16 генів, чия експресія залежить від фактора С [72].
Фізичний контакт клітин необхідний також при комунікації за допомогою поверхневих органел, таких як наприклад пили, і компонентів екзоплімерного матриксу, що покриває окремі клітини, їх групи, всю колонію в цілому. Зокрема, процес агрегації і споруляції у M. xanthus залежить від пілей типу IV (гомологи пілей типу IV є у патогенних бактерій Pseudomonas aeruginosa і Neisseria gonorhoeae, де вони також обумовлюють соціально координовані клітинні руху [73]), від полісахаридно-білкових фібрил і від ліпополісахарідной О-антигену зовнішнього шару зовнішньої мембрани [ 1, 73, 74]. Всі ці поверхневі клітинні структури синтезуються за допомогою так званих S (social) генів, відповідальних за колективні, координовані переміщення клітин і формування структур надклітинному рівня. Їм протиставляють також наявні у миксобактерии А (adventurous) гени, що дозволяють індивідуальним клітинам залишати край зростаючої колонії.
Свого роду проміжне становище між недіффундірующімі і вільно дифундують агентами комунікації у миксобактерии займають тяжі (trails) з біополімерів матриксу, які відокремлюються від образовавшей їх клітини, тим самим прокладаючи шлях іншим клітинам-"мандрівницям", що дає початок дочірнім колоніям [75]. Цікаво, що аналогічну роль в співтоваристві мурах грають так звані слідові торібони, що маркірують слід мураьвьев-фуражирів ("першопрохідців") [76]. Природно, що роль контактної (і "слідової") комунікації в її різних варіантах не обмежується тільки міксобактеріальнимі системами. Наприклад, пили беруть участь в агрегації клітин в колоніях Neisseria gonorrhoeae [1]. У еукаріотичних мікроорганізмів, зокрема, у Dictyostellium discoideum, контактні взаємодії беруть участь у морфогенезі поряд з дифундують хімічними агентами. Несоменную роль у цих взаємодіях грають глікопротеїни, що характеризують подальшу долю клітинних субпопуляцій: клітини, що дають надалі суперечки, несуть глікопротеїн PsA, в той час як здійснює апоптоз субпопуляція (майбутня ніжка плодового тіла) імеeт антиген MUD9 [77].
Дистантная хімічна комунікація на службі "ефектів кворуму". Тема хімічної комунікації у мікроорганізмів настільки широка (вона була розглянута в більш ранніх авторських роботах [4, 5, 78]), що ми обмежимося лише тими дифузними хімічними агентами, чия участь у "ефекти кворуму" встановлено. Мова буде йти про наступних класах сполук: 1) ацілірованние лактони гомосеріна, що регулюють широке коло щільнісно-залежних колективних процесів у грамнегативних бактерій, 2) пептиди, що регулюють кон'югатівний плазмідний перенесення у Enterococcus, розвиток повітряного міцелію у Streptomyces, споруляції у бацил та ін; 3) амінокислоти і схожі з ними амінні з'єднання, що регулюють агрегацію бактеріальних клітин (E. coli, Salmonella typhimurium, Myxococcus xanthus) та формування швермеров у Proteus mirabilis.
1. Кворум-залежні системи з лактона гомосеріна як агентами міжклітинної комунікації (системи типу "luxI-luxR"). Розглянемо спочатку порівняно добре вивчені бактеріальні системи, що використовують ацілірованние лактони гомосеріна. Класичним об'єктом служить морська світиться бактерія Vibrio fischeri [8, 12, 70]. Світіння є щільнісно-залежним процесом, тобто не спостерігається в розбавлених клітинних суспензіях, наприклад, просто в товщі морської води (щільність культури менше 102 клітин / мл [70]). Світіння V. fischeri реалізується лише в концентрованих культурах V. fischeri, в тому числі в природних екологічних нішах цієї бактерії-в світяться органах головоногого молюска Euprymna scolopes, де щільність популяції досягає 1010-1011 клітин / мл [70]. Дана система, мабуть, являє приклад взаємовигідного міжвидового співробітництва "Молюск, нічна тварина, витягує вигоду з того, що світяться бактерії роблять його непомітним для хижаків знизу; світіння, що нагадує місячне світло, усуває тінь, яка інакше виникала б, якщо б місячні промені освітлювали молюска зверху. А бактерія отримує вигоду з того, що молюск надає харчування та укриття "[10, P.69]. Біохімію і генетику світіння V. fischeri досліджували поетапно. Спочатку вдалося показати, що свічення культур V. fischeri, що знаходяться на ранній експоненційної стадії розвитку, може бути індуковано культуральної рідиною, відокремленою від клітин V. fischeri під час стаціонарної фази. Згодом була детально охарактеризована генетична система "luxI - luxR" [12, 69, 70], яка виявилася типовою для більшості відомих щільнісно-залежних систем грамнегативних бактерій.
Система включає 2 основних блоку генів. Один з цих блоків-оперон luxICDABEG, чиї гени мають наступні функції:
Ген luxI кодує білок (LuxI, 193 амінокислоти), який по всій імовірності функціонує як синтаза хімічного агента міжклітинної комунікації, чиє накопичення в середовищі сигналізує клітинам V. fischeri про досягнення граничної щільності (кворуму) для біолюмінесценції. Агент комунікації синтезується з S-аденозілметіонін і 3-оксогексаноіл-коферменту А і являє собою N-(3-оксогексаноіл)-L-лактон гомосеріна (3-ОГЛГ). Гени luxA і luxB кодують, відповідно, субодиниці a і b люциферази (ферментного комплексу, відповідального за біолюмінсценцію). Гени lux C, D, E кодують редуктазу жирних кислот (один з окисляються субстратів в ході люціферазной реакції, що приводить до випускання кванта світла) Ген lux G кодує редуктазу флавінмононуклетіда (інший субстрат, також окислюється в люціферазной реакції).Інший генний блок включає ген lux R, чий білковий продукт LuxR (250 амінокислот) пов'язує фактор 3-ОГЛГ. Комплекс LuxR-3-ОГЛГ зв'язується з промоторні ділянкою оперона luxICDABEG і активує його транскрипцію. У відсутність 3-ОГЛГ оперон luxICDABEG експресується на низькому "базовому" рівні. Білок LuxR у відсутність 3-ОГЛГ функціонує як репрессор, зокрема, гена luxR, що кодує сам цей білок. У міру підвищення концентрації клітин V. fischeri накопичується в середовищі 3-ОГЛГ починає виступати як "аутоіндуктор": поряд із структурними генами його комплекс з LuxR активує і транскрипцію luxI, тобто синтез самого 3-ОГЛГ [10, 12, 70], який активує в комплексі з LuxR траскріпцію оперона lux в нових і новихклетках V. fischeri. Тому лавиноподібно наростає синтез усіх компонентів люціферазной системи і починається інтенсивне світіння бактерій.
За принципом описаної системи luxI-luxR організовані (з тими чи іншими модифікаціями) кворум-залежні регуляторні системи та ряду інших грамнегативних бактерій (таблиця). У ролі діффундіруюшіх хімічних факторів комунікації також виступають ацілірованние лактони гомосеріна. Одна і та ж бактерія може включати кілька щільнісно-Зависмость систем. Так, в останні роки показано, що розглянута вище світиться бактерія V. fischeri фактично має і другу щільнісно-залежну систему регуляції біолюмінісценціі ainI-ainR зі своїм активатором транскрипції (AinR), що зв'язує дифузний фактор N-октаноіл-L-лактон гомосеріна [8].
Аналогічно, дві кворум-залежних системи з N-(3-оксібутаноіл)-L-лактоном гомосеріна і поки не ідентифікованим з'єднанням (умовно названим AI-2) як дифузними агентами міжклітинної комунікації регулюють світіння у спорідненої морської бактерії Vibrio harveyi. Однак, поряд з активатором транскрипції (LuxR), у V. harveyi є також і репрессор (LuxO). Його інактивація досягається поєднаною дією дифузних продуктів обох систем: N-(3-оксібутаноіл)-L-лактон гомосеріна зв'язується білком LuxN, a AI-2 - білками LuxP і LuxQ, які представляють собою гистидинового кінази. Вони ініціюють роботу каскаду кіназ, який і призводить до модифікації шляхом фосфорилювання репрессора LuxO і, таким чином, до активної роботи системи біолюмінесценції [79].
Бактерії роду Erwinia (E. carotovora, E. chrysanthemii та ін) викликають м'яку гниль картоплі, хризантем та інших рослин. Вони розщеплюють рослинні клітинні стінки за допомогою пектіназ і целлюлаз. Освіта цих ферментів є важливим чинником вірулентності Erwinia і являє собою щільнісно-залежний процес. [12, 70, 80]. Тому при досить високій щільності популяції бактерій синтез ферментів відбувається настільки інтенсивно, що клітини рослин руйнуються раніше, ніж їх імунна система встигає прореагувати на впровадження патогену. У Erwinia функціонує генна система expI-expR, аналог системи luxI-luxR у V. fischeri. Білок ExpI, частково гомологічний білку LuxI, необхідний для синтезу дифузного чинника комунікації - 3-ОГЛГ (як і у V. fischeri). У силу збігу чинників комунікації у Erwinia і у V. fischeri, введення плазміди, що містить всі гени lux V. fischeri, за вирахуванням luxI, обумовлює щільнісно-залежну люмінесценцію у E. carotovora [80].
У E. carotovora, крім expI-expR, є також аналогічна генна система carI-carR. Система carI-carR ставить синтез антибіотика карбапенемов, утвореного E. carotovora, в залежність від щільності популяції. Активація синтезу антибіотика при високій щільності популяції за допомогою системи carI-carR імовірно полегшує E. carotovora усунення бактерій-конкурентів, які прагнуть використовувати продукти розщеплення компонентів рослинних клітин кворум-залежними екзоферментів E. carotovora [12, 70].
Крім 3-ОГЛГ як чинника комунікації в кворум-залежних системах, у бактерії E. chrysanthemii виявлені й інші феромони [80] (див. таблицю). На прикладі цієї бактерії продемонстровано, що щільнісно-залежні Генн системи в той же час знаходяться під контролем інших регуляторних систем, в тому числі залежних від цАМФ (і пов `язує цАМФ білка CRP [80]; така залежність показана і для V. fischeri). Кворум-залежні системи, таким чином, оцінюють не тільки щільність популяції, але й інші параметри зовнішнього середовища через посередництво відповідних генних регуляторів.
Патогенна для людини і тварин бактерія Pseudomonas aeruginosa ("синьогнійна паличка"), подібно E. carotovora, синтезує необхідні для вірулентності фактори - токсин А, екзоферментів (еластази LasA і LasB, лужну протеазу), гемолізини і поверхнево-активний рамноліпід.-за наявності бактеріального кворуму [70, 82]; є дві генні системи: lasI-lasR і vsmI -vsmR.
Приклади з V. fisheri, E. carotovora і P. aeruginosa демонструють, що мікробні клітці вступають у взаємодію з макроорганізмом (рослиною або твариною) тільки в тому випадку, якщо концентрація феромона сигналізує про достатньої щільності мікробної популяції. Ця взаємодія може бути паразитичного або / та взаємовигідного (мутуалістіческого) типу. Додаткові приклади представляють
Бульбочкові бактеріір. Rhizobium. Так, штами R. leguminosarum bv. viciae відповідають за формування азотфіксуючих бульбочок в кореневих системах бобових рослин. Відповідна кворум-залежна генна система rhiI-rhiR обумовлює інтенсивну експресію генів rhiABC при високій щільності популяції. Білкові продукти даних генів беруть участь у взаємодії між бактеріальним симбіонтом і клітинами ризосфери, хоча їх функції до кінця не з'ясовані. Цікаво, що у родича виду R. etli функціонує додаткова генна система raiI-raiR, що бере участь в обмеженні кількості бульбочок на коренях рослини-хазяїна (мутанти за цією системою формують вдвічі більше бульбочок на коренях квасолі, ніж дикий тип) [83]. Бактерія Agrobacterium tumefaciens, що формує корончаті галли у багатьох видів бактерій. Гали представляють рослинний аналог злоякісної пухлини і утворюються в результаті переносу онкогенних фрагментів ДНК від бактерії в ядро рослинної клітини за допомогою Ti-плазмід. Деякі з генів Ti-плазмід зумовлюють синтез опинилась, які служать поживним субстратом для A. tumefaciens. Гомологичная luxI-luxR генна система traI-traR стимулює поширення Ti-плазмід в бактеріальної популяції. Оскільки сама система traI-traR локалізована на плазміді, вона, як і плазміди "addiction modules" (див. вище подстранічную виноску 1), відповідає теорії "егоїстичною ДНК" социобиологи Р. Докінза. Плазмідна ДНК прагне поширитися в популяції бактерій і, як тільки є достатній "кворум", спонукає несучі плазміду клітини кон'юговані з іншими бактеріальними клітинами! [13]. У той же час кон'югатівний перенесення Ti-плазмід залежить від опинилась і, таким чином, можливий лише в ситуації успішної взаємодії мікробіоти і макроорганізму (рослини, що формує ОПІН-продукує пухлина). Зокрема, транскрипція traR стимулюється фактором OccR, активуються октопін (одним з опинилась) [70].Формування кліток-швермеров, що сприяє поширенню бактеріальної популяції за щільному середовищі і колонізації різних екологічних ніш (у тому числі і тіла макроорганізму) регулюється у деяких бактеріальних видів системами типу luxI-luxR. Так, генна система swr стимулює рух клітин-швермеров по щільному середовищі у Serratia liquefaciens. Передбачається, що продуктом щільнісно-залежних генів swr є позаклітинне поверхнево-активна речовина (аналог рамноліпіда у Pseudomonas aeruginosa), що полегшує швермерам пересування по поверхні живильного середовища [84].
Дані про щільнісно-залежних системах типу luxI-luxR та відповідних феромонах узагальнені в таблиці. Як вже було зазначено, багато хто з таких систем важливі для регуляції поведінки симбіотичної (паразитичної) мікрофлори, з метою налагодження взаємодії з макроорганізмом. Більш того, комунікація за допомогою ацілірованних лактонов гомосеріна може мати міжвидовий характер. Зокрема, що виробляється Pseudomonas aeruginosa феромон N-(3-оксо)-додеканоіл-лактон гомосеріна сприймається епітеліальними клітинами людини і індукує синтез інтерлейкіну-8, одного з факторів міжклітинної комунікації, що бере участь в імунній захисту у людини [8].
Деякі системи з лактона гомосеріна в ролі феромонів сприяють усуненню мікроорганізмів-конкурентів, синтезуючи антибіотики, бактеріоцини. Так, генна система phzI-phzR регулює синтез протигрибкових антибіотиків у Pseudomonas aureofaciens [12]. Актиноміцети роду Streptomyces розташовують щільнісно-залежними системами, які регулюють синтез антибіотиків, розвиток повітряного міцелію і спорообразование. Феромонами в цій системі служать (γ-бутіролактон гомосеріна [12]. Проте генетична система відрізняється від luxI-luxR типу. Γ-бутіролактон гомосеріна (А-фактор у S. griseus) пов'язуються не з активатором транскрипції, а з репрессором, що втрачають активність у результаті цієї взаємодії [70]. У ролі бактеріоцини (інгібітора росту бактерій) виступає один з утворених бактеріями р. Rhizobium лактонов гомосеріна, а саме N-(3R-окси-7-цис-тетрадеканоіл)-L-лактон гомосеріна [83].
Сполуки, що нагадують сигнальні агенти щільнісно-залежних систем прокаріотів, можуть вироблятися еукаріотичних клітинах як конкурентами або антагоністами прокаріотів. "Знаючи" про інформаційні функції подібних хімічних речовин у прокаріотів, еукаріоти, ймовірно, створюють свого роду "дезінформаційні перешкоди", "збиваючи з пантелику" бактеріальні клітини. Можливо, саме тому, наприклад, галогеновані фуранона - близькі аналоги ацілірованних лактонов гомосеріна - утворені червоною водорістю р. Delysea, являють собою ефективні антимікробні агенти [85].
Необхідно відзначити, що феромони мікроорганізмів і, зокрема, ацілірованние лактони гомосеріна, можуть використовуватися у міжвидових взаємодіях не тільки в ролі антибіотиків / бактеріоцинів, але також і в спеціяіческой ролі сигнальних агентів. Це можливо тому, що різні види мікроорганізмів нерідко мають ідентичні або дуже схожі за хімічною природою феромони [8]. У зв'язку з цим цікаво, що, наприклад, виділяються P. аeruginosa позаклітинні речовини підсилюють вірулентність факультативної патогенної бактерії Burkholderia cepacium [8].
2. Кворум-залежні системи з пептидними і білковими феромонами. "Класичною" пептидного кворум-залежною системою можна вважати систему, що відповідає за кон'югатівний перенесення плазмід у Enterococcus faecalis та споріднених бактеріальних видів [70, 86]. Подібно розглянутим систем типу luxI-luxR, ця система стимулює поширення в мікробній популяції ознак, важливих для взаємодії мікроорганізму і тварини-господаря, а також для усунення мікробних конкурентів. Так, що переноситься пептидного кворум-Зависмость системою плазміда pAD1 відповідає за синтез гемолізинів, плазміда pCD1 - за освіту бактеріоцини, а плазміда pCF10 - за стійкість E. faecalis до тетрацикліну [86].
Кожен феромон (гекса-або октопептід) індукує злипання (clumping) бактеріальних клітин і їх кон'югацію з перенесенням від донора до реципієнта певної плазміди. Наприклад, октапептид cPD1 стимулює кон'югатівний перенесення плазміди pPD1. Плазміда кодує феромонний рецептор, що знаходиться на білку-репрессора відповідного оперону. Так, плазмідa pPD1 несе ген traA з зазначеною функцією [86]. Феромон взаємодіє з рецептором і виводить з ладу репрессор, запускаючи синтез відповідного продукту. Плазміда pPD1 включає також ген traC, чий продукт являє собою феромон-зв'язуючий білок, який полегшує проникнення пептиду-феромона через клітинну стінку (ефективність феромону в сферопласта не залежить від експресії гена traC [82]). Феромони інтенсивно синтезують тільки клітини, що не несуть відповідних плазмід. У клітин-донорів пригнічений синтез феромона, більше того, плазміда кодує ингибирующий пептид. Продуктом плазміди pPD1, наприклад, є пептид iPD1, инактивирующий феромон cPD1 [69, 86].
У Bacillus subtilis споруляції ефективно відбувається при високій щільності клітинної популяції або при додаванні культуральної рідини від подібної популяції. Процес регулюється щільнісно-залежною системою з олігопептідним сигнальним агентом, кодуються геном pfrA у формі неактивного попередника (пептиду, що складається з 41 амінокислоти). При екскреції з клітини у цього пептиду, як у багатьох інших сигнальних пептидів, відщеплюється N-кінцева послідовність. Що залишається пептид (19 амінокислот) в свою чергу піддається впливу позаклітинної пептидази, в результаті чого виходить активний сигнальний пентапептід (РЕР5) [87].
З'ясовано механізм активації споруляції у B. subtilis допомогою РЕР5. Він поглинається всередину клітини за допомогою пермеаз олігопептидів і при достатній концентрації інгібує фосфатазу RapA, утворюючи з нею неактивний комплекс. У відсутності активної фосфатази ключові фактори споруляції Spo0F і Spo0A підтримуються в робочому - фосфорильованій - стані. Цікаво, що ген фосфатази rapA ко-транскрибується разом з геном pfrA - вони утворюють єдиний оперон. При низькій клітинної щільності утворений після екскреції і процесингу PfrA пептид РЕР5 надходить у клітину в низькій (подпороговой) концентрації, і тоді Spo0F і Spo0A дефосфорилюється допомогою RapA - споруляції не відбувається. Досягнення кворуму означає формування комплексу PfrA: PEP5 і, відповідно, запуск програми споруляції [72, 86].
Висловлені сумніви, в тому що пептид РЕР5 дійсно служить феромоном в щільнісно-залежною системі, оскільки в культуральну рідину потрапляють дуже незначні кількості даного пептиду. Не застряє чи він в клітинній стінці і чи не грає в цьому випадку цикл екскреції попередника, його процесингу та зворотного поглинання активного пептиду просто роль своебразно таймера для процесу споруляції? [87]. На нашу думку, низька концентрація пептиду в супернатанті культури може означати його переважну локалізацію у позаклітинному матриксі. Поширення хімічного агента з матриксу цілком сумісне з його феромонной роллю в масштабі бактеріальної популяції.
Встановлено, що щільнісно-залежні системи з пептидними феромонами регулюють компетентність до генетичної трансформації у B. subtilis і Streptococcus pneumoniae (де активується трансформація генів стійкості до антибіотиків від інших видів Streptococcus, викликають оральні інфекції), а також вірулентність Staphylococcus aureus [72, 88]. Цікаво, що як і системи типу luxI-luxR, пептидні щільнісно-залежні системи регулювання в багатьох випадках функціонують у симбіотичних / паразитичних мікроорганізмів.
Більш того, макроорганізм також використовує пептидні сигнальні агенти, які виступають в ролі внутріорганізменних регуляторів. Наприклад, у відповідь на впровадження бактерій роду Rhizobium рослина-господар (горох, соя та ін) утворює пептид (близько 10 амінокислот), що модифікує ефект гормону ауксину на рослинні клітини. А саме, змінюється концентраційна залежність стимуляції ауксинів клітинних поділів. У нормі (без цього пептиду) максимальна сітмуляція спостерігається при ~ 5 мкМ ауксину, і ефект послаблюється при підвищенні концентрації ауксину. Однак у присутності пептидного регулятора крива концентраційної залежності має плато аж до ~ 20 мкМ [89]. Білковий феромон в щільнісно-залежною системі у одноклітинної еукаріоти - водорості Volvox carteri - стимулює зростання цього мікроорганізму вже в концентрації близько 10-16М [14].
Мабуть, широко поширеним явищем у мікроорганізмів є аутоіндукції зростання, що дозволяє подолати стан глибокого спокою (dormancy) [9, 14, 16]. Так, культура Micrococcus luteus, голодувати протягом 3-6 місяців, зазнає лише трохи клітинних поділів після пересіву на багату середовище; далі слідує зупинка росту. Однак, додавання 20-30% супернатанту іншої культури, які доросли до ранньої стаціонарної фази на багатій середовищі, запобігає зупинці зростання голодуючій популяції M. luteus і забезпечує її нормальний ріст [14, 22].
3. Кворум-залежні системи з феромонами амінної (амінокислотної) природи. У миксобактерии Myxococcus xanthus, поряд з недіффундірующім чинником С (див. вище), є дифузний фактор А, відповідальний за кворум-зависимуюинициациюагрегации клітин з наступним формуванням плодових тіл [90] (агрегація не відбувається при щільності клітин не менш 3.108 в мл). Фактор А є сумішшю амінокислот [72, 90] і являє собою продукт дії позаклітинних протеаз на поверхневі білки клітин [90]. Комбінація фактора А та дефіциту поживних речовин активує двокомпонентну систему генів sasS-sasR, ініційовану агрегацію клітин і формування плодових тіл [72]. Цікаво, що входять до складу фактора А кетогенної амінокислоти надалі утилізуються клітинами через гліоксілатний шунт [72].
Розглянуті вище щільнісно-залежні системи типу luxI-luxR фактично відносяться до систем, що базуються на похідних амінокислоти, а саме гомосеріна. Гомосерін не входить до складу білків. але служить універсальним для всіх живих організмів інтермедіатів в синтезі деяких амінокислот. Ми розглянули ацілірованние лактони гомосеріна окремо тільки тому, що ця система комунікації є класичною.
Макро-і мікроструктура колоній E. coli формується під впливом утворених її клітинами градієнтів атрактанта - аспарагінової кислоти [91]. Складні орнаменти (концентричні кола, гексагональні грати і ін) формуються при накладенні двох градієнтів феромона - 1) вихідного від центру колонії і 2) утвореного клітинами на її периферії. Аспарагінова кислота в той же час являє собою еволюційно-консервативний сигнальний агент, втом числі один з нейротрансмітерів (речовин, що передають збудження від нейрона до нейрона) у ссавців.
У зв'язку з цим цікаво, що інші нейротрансмітери, а саме біогенні аміни, також еволюційно-консервативні сигнальні молекули, містяться у мікроорганізмів і, будучи доданими до їх культур, надають ростові і структурні ефекти на мікробні колонії [18, 19, 92-95]. Так, серотонін (5-гідрокси), нейротрансміттер і гістогормон у вищих організмів, у той же час представляє інтерес як можливий агент мікробний комунікації. Це припущення базується на даних про стимуляцію агрегації клітин E. coli, Rhodospirillum rubrum і миксобактерии роду Polyspondilum доданим серотоніном [18]. У тих же концентраціях (10-7-10-5 М) серотонін стимулює ріст мікроорганізмів [18, 95].
Інший нейротрансміттер і гормон-норадреналін, також прискорює ріст патогенних ентеробактерій. У патогенних штамів він стимулює синтез адгезин К99 і Шига-подібних токсинів I і II [92]. Примітно, що норадреналін не стимулює зростання непатогенних штамів E. coli (неопубліковані дані авторів цієї статті). Все це підкріплює припущення Лайта [92] про адаптивне характері ноадреналін-залежної стимуляції росту бактерій. Патогенні ентеробактерії використовують захисну реакцію організму (інтенсивний синтез норадреналіну у відповідь на стрес, викликаний інфекцією) заради власного блага. Мікроорганізми містять багато інших нейротрансмітери і гормони (гістогормони) вищих тварин (γ-аміномасляна кислота, β-аланін, інсулін та ін) [92, 93], які беруть участь як у взаємодіях між симбіотичної / паразитичної мікробіоти і макроорганізмом, так, по- Мабуть, і в міжклітинної комунікації у мікроорганізмів (докладніше див наш огляд. [19]).
Дослідження ролі еволюційно-консервативних амінів і амінокислот в міжклітинної комунікації мікроорганізмів і у взаємодії мікробіоти і тваринного організму - тема наукової роботи, проведеної колективом автором в даний час. Методом високоефективної рідинної хроматографії з електродетекціей нами виявлено серотонін у Bacillus cereus і Staphylococcus aureus [96] (раніше він детектувала Страховськи з співавт. У Enterococcus faecalis [95]), нораденалін у всіх досліджених бацил, Proteus vulgaris, Serratia marcescens, дріжджів, грибка Penicillum chrysogenum, а дофамін - у широкого кола досліджених прокаріотів [96].
Становить інтерес також наявність у мікроорганізмів білків, гомологічних рецепторів нейромедіаторів. Так, пурпурова фототрофних бактерій Rhodobacter sphaeroides містить гомолог бензадіпінового рецептора - одного з типів рецепторів до гальмівного нейромедіатора γ-аміномасляної кислоти [97]. Відомо, що мітохондрії еукаріотів - симбіотичні нащадки прокаріот, а саме, тієї їх підгрупи, до складу якої входить і R. sphaeroides. Тому дослідження бактеріальних рецепторів до нейромедіатора і в цілому ефектів еволюційно-консервативних нейромедіаторів у мікробних системах дуже актуальні для нейрохімії мозку у зв'язку з даними про роль мітохондрій мозкових нейронів у зв'язуванні нейромедіаторів. Mітохондріі нейронів містять рецептори до глутамату (NMDA-підтипу) [98]. Якщо глутамат присутній у високих концентраціях, його зв'язування з цими мітохондріальними рецепторами веде до масивного надходженню іонів Са 2 + всередину мітохондрій, дисипації мембранного потенціалу, зниження внутрішньоклітинної концентрації АТФ і в кінцевому рахунку до апоптозу (див. вище). Апоптоз нейронів мозку у зв'язку з надмірними концентраціями глутамату та інших нейромедіаторів, ймовірно, відбувається за таких нейродегенеративних захворюваннях, як ішемічний інсульт, хвороби Паркінсона, Альцгкймера і Хантінгтона [98].
Необхідно вказати на ще один клас мікробних сигнальних молекул, також представляють собою еволюційно-консервативні агенти - на олігосахаріни. До даного класу речовин відносяться короткі ланцюжки з моносахаридних залишків, до яких можуть бути прикріплені ліпідні фрагменти. Приклад являє фактори Nod, вироблювані бульбочкових бактерій (р. Rhizobium, щільнісно-залежна система типу luxI-luxR розглянута вище) в контексті обміну сигналами між ними і клітинами бобової рослини-хазяїна. Кошти, виділені рослиною флавоноїди активують транскрипцію бактеріальних генів nod. Безпосередньо активується ген nodD, чий продукт служить активатором інших генів nod. Продукти цих генів (зокрема NodС) відповідають за синтез факторів Nod - ацілірованних коротких хітинових фрагментів (2-5 хітинових мономерів в ланцюгу). Вони викликають множинні ефекти на кореневі клітини, що призводять до їх дедіфференціровке, активному поділу і формування бульбочок, що містять клітини бактерій, що перетворилися на азотфіксуючі бактероїди під впливом сигналів рослини [10, 99, 100].
У світлі сучасних даних, олігосахаріни і подібні до них сполуки утворюються також вищими рослинами і тваринами. Так, білок DG42, гомолог NodC Rhizobium, присутній в ембріонах жаби Xenopus починаючи зі стадії середньої бластули і аж до стадії нейрули. Білок DG42 також здатний до синтезу хітинових олігосахаридів [101].
E. coli, Bacillus subtilis, дріжджі Candida utilis виділяють у навколишнє середовище ряд однотипних сполук, що сприяють адаптації мікроорганізмів до різних стресових умов - зміни середовища зростання, підвищеній температурі, присутності антибіотиків або N-етілмалеіміда [102-104]: 1) "m-Замедлина" (фактору ХІІ), котрий знижує швидкість росту бактерій і тим самим сприяє подоланню стресу за принципом "знижуючи передачу у автомобіля, підвищуєш його прохідність"; 2) антілізіна (фактора ХI), прискорює адаптацію клітин до N-етілмалеіміду (не виявлений у C. utilis ), 3) "фактора прискореної адаптації до нового середовища" (ФУАНС) [102-104]. Подібно лактона гомосеріна, дані сигнальні речовини активні і на межвидовом рівні - так, феромони E. coli викликають специфічні ефекти у B. subtilis і C. utilis (наприклад, "m-Замедлина" E. coli надавав ріст-інгібуючу дію на зростаючі клітини B. subtilis) [104].
Ми розглянули ряд найважливіших хімічних факторів комунікації між мікробними клітинами, але їх перелік, звичайно, залишається неповним. Більше того, список мікробних сигнальних агентів безперервно поповнюється в останні роки, особливо у зв'язку з вивченням еволюційно-консервативних агентів міжклітинної / межорганізменной коммунікаціі.Помімо розглянутих біогенних амінів, до них відносяться також, наприклад, активні форми кисню (АФК), такі як О2- , Н2О2, ВІН. та їх похідні. АФК, ймовірно, виступають як водії ритму коливальних процесів, які регулюють активність різних біосистем; їх вплив може передаватися у вигляді резонансного збудження через міжклітинний матриксу; матрикс здатний до генерації власних АФК, хоча і з низькою ефективністю (В. Л. Воєйков, неопублікована рукопис) . Як похідне АФК розглядають окис азоту, нейромедіатор і еволюційно-консервативний регулятор різноманітних процесів у про-і еукаріотів (пор. наш огляд [19]).
Фізичні фактори міжклітинної комунікації у мікроорганізмів. У літературі накопичуються дані про взаємовплив мікробних колоній в ситуації, коли неможливий обмін хімічними сигналами. Так, погублена під впливом хлорамфеніколу культура Vibrio costicola посилає сигнал, що стимулює зростання іншої культури, відокремленої від неї шаром скла [105]. У ряді випадків передбачається сінергідное дію різних каналів міжклітинної комунікації, а саме хімічних сигналів і фізичних полів; це випливає з дослідів по впливу однієї бактеріальної колонії на адгезивні властивості інший (Ю. А. Миколаїв, неопубліковані дані). Клітини Bacillus carbonifillus підвищують свою резистентність до антибіотиків та його зростання стимулюється у відповідь на сигнали, які посилає інший мікробної культурою (того ж чи іншого виду бактерій); досвід ставили так, що донор і реципієнт сигналів культивували на двох половинах однієї чашки Петрі, розділених суцільної скляної перегородкою [106, 107]. В якості конкретних фізичних факторів гіпотетично пропонуються: 1) електромагнітні хвилі [105] (за аналогією з еукаріотичних клітинах, де ефекти ультрафіолетових променів встановлені - це митогенетичні ефект А. Гурвича), 2) ультразвук [106, 107].
Необхідно визнати, що фізичні чинники дистантной комунікації мікробних клітин та їх роль у щільнісно-залежних процесах поки ще перебувають у стадії "первинного накопичення" емпіричних данних.Дальнейшіе дослідження в цьому напрямку можуть дати результати, що виходять за рамки суто мікробіологічних досліджень, так як вже є аналогічні дані по культивуються клітин (у тому числі людини) [108, 109]. Дані про фізичних (зокрема, електромагнітних) факторів міжклітинних і - беручи ширше - межорганізменних - взаємодіях можуть послужити поштовхом до зміни сучасної парадигми біології на користь більш континуального, резонансного, польового бачення біологічних об'єктів. Сам одно-або навіть багатоклітинний організм при цьому представляється як свого роду згусток фізичних полів (і додамо, враховуючи попередній текст огляду, також, згусток хімічних градієнтів сигнальних агентів), без різких меж переходить у обволікаючу цей об'єкт полі. Свого роду матеріалізацією огортаючого біологічні індивіди поля виступає розглянутий у тексті огляду міжклітинний матрикс.
Ця робота має і ще один аспект. Розглянуті в ній дані останніх десятиліть показують, що адекватно зрозуміти колоніальну організацію і міжклітинну комунікацію мікроорганізмів можна лише в тому випадку, якщо врахувати всю гаму не тільки внутрішньовидових, але і міжвидових екологічних відносин. Інакше, кажучи біосоціальних мікробні системи неодмінно "упаяні" у більш складні екологічні системи, в багатьох випадках включають як мікро-, так і макроорганізми. Тому й агенти мікробної комунікації в щільнісно-залежних системах часто функціонують саме в зв'язку з процесами, важливими для налагодження відносин між мікро-і макроорганізмами (див. вище).
Якщо макроорганізм-господар - людина, то його симбіотична / паразитична мікробіота представляє своєрідний "камертон", чуйно реагує на соматичний стан, рівень стресу, навіть настрій цієї людини. Оскільки стан окремої людини знаходиться під впливом його взаємовідносин з іншими людьми в рамках соціуму, то мікробні симбіонти повинні побічно відгукуватися на соціально-психологічний "клімат" і тому мати певне біосоціологіческое і біополітіческое значення.
Список літератури Shapiro JA The significances of bacterial colony patterns / / BioEssays. 1995. V. 17. N 7. P. 597-607. Єрусалимський І.Д. Фізіологія розвитку чистих бактеріальних культур. Докторська дисертація. М. 1952. Головльов Є.Л. Філософія бактеріальної популяції: наукова спадщина академіка І.Д. Єрусалимського / / Мікробіологія. 1999. У пресі. Олескін А.В. Надорганізменних рівень взаємодії в мікробних популяціях / / Мікробіологія. 1993. Т.62. № 3. С.389-403. Oleskin AV Social behaviour of microbial populations / / J. Basic Microbiol. 1994. V.34. N 6. P.425-439. Смирнов С.Г. Етологія бактерій - новий напрям у дослідженні прокаріотів / / Фізико-хімічні дослідження патогенних ентеробактерій у процесі культивування. Іваново. ІвГУ. 1985. С.5-10. І.В. Ботвинками. Екзополісахариди бактерій / / Успіхи мікробіології. 1985. Т.20. С.79-122. Gray KM Intercellular communication and group behavior in bacteria / / Trends Microbiol. 1997. V.5. N 5. P.184-188. Kell DG, Kadivlyants AS, Grafen A. Pheromones, social behaviour and the functions of secondary metabolism in bacteria / / Tree. 1995. V.10. P.126-129. Losick R., Kaiser D. Why and how bacteria communicate / / Sci. Amer. 1997. February. P.68-73. Shapiro JA, Dworkin M. (Eds.). Bacteria as multicellular organisms. Oxford. Oxford Univ. Press. 1997. Salmond GPC, Bycroft BW, Stewart CSAB, Williams P.. The bacterial "enigma": cracking the code of cell-cell communication / / Mol. Microbiol. 1995. V. 16. N 4. P.615-624. Greenberg EP, Winans S., Fuqua C. Quorum sensing by bacteria / / Ann. Rev. Microbiol. 1996. V.50. P.727-751. Kadivlyants AS, Mukamolova GV, Kormer SS, Weichart DH, Young M., Kell DB Intercellular signalling and the multiplication of prokaryotes / / Microbial Signalling and Communication. Society for General Microbiology Symposium 57. / Ed. R. England, G. Hobbs, N. Bainton, D. McL. Roberts. Cambridge: Cambridge University Press. 1999. P.33-69. Kaiser D., Losick R. How and why bacteria talk to each other / / Cell. 1993. V.79. P.873-885. Kadivlyants AS, Kell DB Do bacteria need to communicate with each other for growth? / / Trends Microbiol. 1996. V.4. P.237-241. Уголев А.М.. Природничі технології біологічних систем. Л. Наука. 1987. Олескін А.В., Кіровська Т.А., Ботвинками І.В., Лисак Л.В. Дія серотоніну (5-оксітріптаміна) на ріст і диференціацію мікроорганізмів / / Мікробіологія. 1998. Т.67. № 3. С.305-312. Олескін А.В., Ботвинками І.В., Кіровська Т.А. Мікробна ендокринологія та біополітики / / Вісн. Моск. Ун-ту. Сер. Біологія. 1998. № 4. С.3-10. Олескін А.В. Політичний потенціал сучасної біології / / Вісн. Росс. Акад. Наук. 1999. № 1. С.35-41. Кузнєцов О.Ю. Структурно-функціональна організація колонії Shigella flexneri Rd / / Електронна мікроскопія для дослідження функціональних змін структури клітини при різних впливах. М. 1988. С.89-92. Votyakova TV, Kadivlyants AS, Kell DB Influence of viable cells on the resuscitation of dormant cells in Micrococcus luteus cultures held in extended stationary phase. The population effect / / Appl. Environ. Microbiol. 1994. V.60. P.3284-3291. Kadivlyants AS, Kell DB Rapid assessment of bacterial viability and vitality using rhodamine 123 and flow cytometry / / J. Appl. Microbiol. 1992. V.72. P.410-422. Вотякова Т.В., Мукамолова Г.В., Штейн-Марголіна В.А., Попов В.І., Деві Х.М., Келл Д.Б., Капрельянц А.С. Дослідження гетерогенності культури Micrococcus luteus, що перебуває тривалий час у стаціонарній фазі. Поділ і характеристика субпопуляцій / / Мікробіологія. 1998. Т.67. № 1. С.85-92. Shapiro JA Pattern and control in bacterial colonies / / Sci. Progr. 1994. V.76. P.399-424. Legroux R., Magrou J. Etat organise des colonies bacteriennes / / Ann. Inst. Pasteur. 1920. V.34. P.417-431. Costerton JW Microbial interactions in biofilms / / Beijerinck Centennial. Microbial Physiology and Gene Regulation: Emerging Principles and Applications. Book of Abstracts / Ed. WA Scheffers, JP van Dijken. Delft. Delft. Univ. Press. 1995. P.20-21. Дуда В.І., Випов М.Г., Сорокін В.В., Мітюшина Л.Л., Лебединський А.В. Освіта бактеріями екстрацелюлярний структур, що містять гемопротеїни / / Мікробіологія. 1995. Т.64. № 1. С.69-73. Дуда В.І., Дмитрієв В.В., Сузін Н.Є., Шорохова А.П., Мішина Г.В. Ультраструктурна організація газових балонів і поверхневих плівок в колоніях у грамнегативної бактерії Alcaligenes sp., Штам d2 / / Мікробіологія. 1996. Т. 65. № 2. С.222-227. . Дуда В.І., Ільченко А.П., Дмитрієв В.В., Шорохова А.П., Сузін Н.Є. Виділення і характеристика гемофлавопротеіна з грамнегативної бактерії Alcaligenes sp., Штам d2 / / Мікробіологія. 1998. Т.67. № 1. С.12-18. Мартинкіна Л.П., Мілько Є.С. Ультраструктурні особливості діссоціантов Rhodococcus rubropertinctus і Streptococcus lactis / / Мікробіологія. 1991. Т. 60. № 2. С.334-338. Могильна О.А., Мілько Є.С., Медведєва С.Є. Порівняльне електронно-мікроскопічне вивчення колонії і клітин діссоціантов родококка / / Прикл. Биохим. Микробиол. 1994. Т.30. № 6. С.877-882. Будрене Є.О. Освіта просторово впорядкованих структур у колоніях рухомих бактерій на агарі / / Докл. АН СРСР. 1985. Т.283. № 2. С.470-473. Шапіро Дж.А. Бактерії як багатоклітинні організми / / У світі науки. 1988. № 8. С.46-54. Shapiro JA, Trubatch D. Sequential events in bacterial colony morphogenesis / / Physica D. 1991. V.49. N 1-2. P.214-223. Shapiro JA Differential action and differential exdivssion of DNA polymerase I during Escherichia coli colony development / / J. Bacteriol. 1992. V.174. N.22. P. 7262-7272. Harshey RM Bees aren't the only ones: swarming in Gram-negative bacteria / / Mol. Microbiol. 1994. V.16. N. 3. P.389-394. Rauprich O., Matsushita M., Weijer CJ, Siegert F., Esipor SE, Shapiro JA Periodic phenomena in Proteus mirabilis swarm colony development. / / J. Bacteriol. 1996. V.178. N.22. P.6525-6538. Eberl L., Winson MK, Sternberg C., Stewart GSAB, Christiansen G., Chabra SR, Bycroft BW, Williams P., Molin S., Givskov M. Involvement of N-acyl-L-homoserine lactone autoinducers in control of multicellular behavior of Serratia liquefaciens / / Mol. Microbiol. 1996. V.20. P.127-136. Stahl SJ, Stewart KR, Williams FD Extracellular slime associated with Proteus mirabilis during swarming / / J. Bacteriol. 1983. V.154. P.930-937. Gygi D., Rahmen MM, Lai H.-C., Carlson R., Guard-Petter J., Hughes C. A cell surface polysaccharide that facilitates rapid population migration by differentiated swarm cells of Proteus mirabilis / / Mol. Microbiol. 1995. V.17. P.1167-1175. Matsuyama T., Kaneda K., Nakagawa Y., Isa K., Hara-Hotta H., Yano I. A novel extracellular cyclic lipopeptide which promotes flagellum-dependent and-independent sdivading growth of Serratia marcescens / / J. Bacteriol. 1992. V.174. P. 1769-1776. Бабський В.Г. Явище самоорганізації у бактерій на клітинному і популяційному рівнях / / Нелінійні хвилі. Динаміка та еволюція. 1989. С.299-303. Розен В.Б. Основи ендокринології. М. Вид-во МДУ. 1994. Сафронова І.Ю., Ботвинками І.В. Міжклітинний матрикс Bacillus subtilis 271: полімерний склад та функції / / Мікробіологія. 1998. Т.67. № 1. С.55-60. Павлова І.Б., Куликівський А.В., Ботвинками І.В., Джентемірова К.М., Дроздова Т.І. Електронно-мікроскопічне дослідження розвитку бактерій в колоніях. Морфологія колоній бактерій / / Журн. Микробиол. Епідеміолого. Іммунобіол. 1990. № 12. С.15-20. Павлова І.Б., Куликівський А.В., Ботвинками І.В., Джентемірова К.М., Дроздова Т.І. Електронно-мікроскопічне дослідження розвитку бактерій в колоніях. Гетероморфний ріст бактерій в процесі природного розвитку популяції / / Журн. Микробиол. Епідеміолого. Іммунобіол. 1990. № 12. С.12-15. Феофілова Є.П. Трегалоза, стрес і анабіоз / / Мікробіологія.1992. Т.61. № 5. С.739-753. Новік Г.І., Висоцький В.В. Архітектоніка популяцій біфідобактерій: субмікроскопічних аспект когезії клітин Bifidobacterium adolescentis і Bifidobacterium bifidum / / Мікробіологія. 1995. Т. 64. № 2. С.222-227. Raff M. Cell suicide for beginners / / Nature. 1998. V.396. P.119-122. Green DR Apoptotic pathways: the roads to ruin / / Cell. 1998. V.94. P.695-698. Devreotes P. Dictyostellium discoideum: a model system for cell-cell interactions in development / / Science. 1989. V.245. P.1054-1058. Mutzel R. Introduction. Molecular biology, growth and development of the cellular slime mold Dictyostellium discoideum / / Experientia. 1995. V.51. N 12. P.1103-1110. Yarmolinsky MB Programmed cell death in bacterial populations / / Science. 1995. V. 267. P.836-837. Акайзін Є.О., Воскун С.Є., Панова Л.А., Смирнов С.Г. Гетерогенність популяції Escherichia coli в процесі індукованого автолізу / / Мікробіологія. 1990. Т.59. С.283-288. Aizenman E., Engelberg-Kulka H., Glaser G. An Escherichia coli chromosomal "addiction module" regulated by 3 ', 5'-bispyrophosphate: a model for programmed bacterial cell death / / Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V.93. P.6059-6063. Nystrцm T. To be or not to be: the ultimate decision of the growth-arrested bacterial cell / / FEMS Microbiol. Rev. 1998. V.21. P.283-290. Lipkin R. Bacterial chatter. How patterns reveal clues about bacteria's chemical communication / / Sci. News. 1995. V.147. P.136-141. Панікою Н.С., Добровольська Т.Г., Лисак Л.В. Екологія корінеподобних бактерій / / Усп. Микробиол. 1989. Т.23. С.51-91. Панікою Н.С., Симаков Ю.В. Вплив мікроартропод на швидкість розкладання рослинного опада / / Екологія. 1986. № 4. С.350-352. Панікою Н.С. Кінетика росту мікроорганізмів. М.: Наука. 1991. 311 с. Hamilton WD The genetical evolution of social behaviour / / J. Theor. Biol. 1964. V.7. P.1-52. Shub AB Bacterial altruism? / / Curr. Biol. 1994. V. 4. N 6. P.555-556. Yu Y.-TN, Snyder L. Transcription elongation factor Tu cleaved by a phage exclusion system / / Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. V.91. P.802-806. Parma DH, Snyder M., Sobolevski S., Nawroz M., Brody E., Gold I. The Rex system of bacteriophage: tolerance and altruistic cell death / / Genes Dev. 1992. V.6. P.497-510. Мідників Б.М.. Витоки альтруїзму / / Людина. 1995. № 6. С.26-36. Дуда В.І., Пронін С.В., Ель-Регістан Г.І., Капрельянц А.С., Мітюшин Л.Л. Освіта покояться рефрактільних клітин у Bacillus cereus під впливом ауторегуляторного фактора / / Мікробіологія. 1982. Т.51. № 1. С.77-81. Світличний В.А., Ель-Регістан Г.І., Романова О.К., Дуда В.І. Характеристики ауторегуляторного фактора d2, що викликає Автоліз клітин Pseudomonas carboxydoflava і Bacillus cereus / / Мікробіологія. 1983. Т.52. № 1. С.33-38. Хохлов А.С. Низькомолекулярні мікробні ауторегулятори. М. Наука. 1988. Fuqua WC, Winans SC, Greenberg EP Quorum sensing in bacteria: the LuxR-LuxI family of cell density-responsive transcriptional regulators / / J. Bacteriol. 1994. V.176. N. 2. P.269-275. Brandner JP, Kroos L. Identification of the W 4400 regulatory region, a developmental promoter of Myxococcus xanthus / / J. Bacteriol. 1998. V.180. N 8. P.1995-2002. Mamson MD, Armitage JD, Hoch JA, Macnab RM Bacterial locomotion and signal transduction / / J. Bacteriol. 1998. V.180. N 5. P.1009-1022. Will D., Wu SS, Kaiser D. Contact stimulation of Tgl1 and type IV pili in Myxococcus xanthus / / J. Bacteriol. 1998. V.180. N 3. P.759-761. Bowden MG, Kaplan HB The Myxococcus xanthus lipopolysaccharide O-antigen is required for social motility and multicellular development / / Mol. Microbiol. 1998. V.30. N 2. P.275-284. Павлова І.Б. Морфологія колоній бактерій в процесі розвитку в середовищі проживання (електронно-мікроскопічне дослідження) Тези доповідей конференції Московської державної академії ветеринарії, медицини і бактеріології ім. К.І. Скрябіна. М.: МГАВМиБ. 1993. Т.3.