Dictyostelium — социални амеби (клетъчни слизести форми): биология и значение
Dictyostelium — социални амеби: открийте биологията, животния цикъл, клетъчната комуникация и ролята им като модел в генетиката и молекулярната биология.
Диктиостелидите са група клетъчни слизести форми или "социални амеби". Те представляват необичайни еукариотни организми: през по-голямата част от живота си те съществуват като отделни, сами по себе си функциониращи клетки, но при неблагоприятни условия се събират и образуват многоклетъчно плодно тяло. Плодно тяло произвежда спори със защитни стени; тези спори оцеляват в тежки условия и се възстановяват в амеби, когато средата стане по-благоприятна. По този начин диктиостелидите съчетават черти на едноклетъчни и многоклетъчни организми.
Жизнен цикъл и поведение
Като отделни амеби те се хранят с почвени бактерии, поглъщайки ги чрез фагоцитоза, и се делят заради растежа. Когато храната свърши, отделните клетки започват да комуникират помежду си чрез химични сигнали (най-известният е цикличният аденозин монофосфат, cAMP). Това предизвиква агрегация — клетките мигрират една към друга и се събират в големи купчинки, от които се образува подвижна структурa, наричана охлюв (slug).
- Охлювът има предна (горна) и задна (долна) част и може да реагира на светлина и температурни разлики; Той се движи към по-благоприятни условия.
- При подходящи условия охлювът се превръща в спорокарп (плодно тяло) — структура, която обикновено има стъбло и една или повече шапки със спори.
- Част от клетките се диференцират в издръжливи спори, а други формират стъблото и умират, за да поддържат и издигнат спорите — пример за клетъчна жертва и социално поведение.
Молекулярни механизми и социална биология
Агрегацията и диференциацията при диктиостелидите се управляват от сложни пътища за клетъчна комуникация, включващи рецептори, вторични мессенджъри (напр. cAMP), аденилат цикази и протеинкинази. Пътищата контролират миграцията (хемотаксис), поляризацията на клетките, тяхната съдба (prestalk срещу prespore) и програмираната клетъчна смърт при формиране на стъблото. Тези явления правят диктиостелидите ценен модел за изучаване на:
- клетъчна комуникация и сигнализация;
- хемотаксис и динамика на цитоскелета;
- диференциация на клетки и регулация на експресията на гени;
- еволюцията на многоклетъчността и социалното поведение (включително проблеми като "измамниците", които не допринасят за стъблото, но участват в споровете).
Dictyostelium като модел организъм
Dictyostelium (особено видът Dictyostelium discoideum) се използва широко като моделен организъм в молекулярната биология и генетиката. Някои от причините са: кратък жизнен цикъл, лесна култивируемост in vitro, възможност за генетични модификации и наличието на добре изучени клетъчни процеси като фагоцитоза, сигнална трансдукция и програмирана клетъчна смърт. Геномът на някои диктиостелиди е секвениран, което улеснява молекулярните и функционални изследвания.
Изследванията върху Dictyostelium са достъпни онлайн в dictyBase, където се съхраняват геномни данни, референции и ресурси за общността на изследователите.
Екологично и научно значение
В природата диктиостелидите играят роля в регулацията на бактериалните популации в почвата и в кръговрата на вещества. В научен контекст те са инструмент за разбиране на основни биологични принципи, които често са консервативни и при по-сложни организми — например механизми на клетъчна сигнализация, движение и клетъчна смърт.
Ключови понятия: агрегация, хемотаксис, диференциация, спорокарп, програмирана клетъчна смърт, социално поведение и еволюция на многоклетъчността.
Петриево блюдо с Dictyostelium
Жизнен цикъл на Dictyostelium
Агрегация в Dictyostelium
Агрегацията на амебите се основава на сигнална молекула. Една клетка, основател на колонията, започва да отделя сигнала в отговор на стрес. Другите клетки откриват сигнала и реагират по два начина:
- Амебата се придвижва към сигнала.
- Амебата отделя още сигнал.
В резултат на това сигналът се предава чрез близката популация от амеби. Те се придвижват към зоната с най-висока концентрация на сигнала.
Геном
Целият геном на Dictyostelium discoideum е публикуван в Nature през 2005 г. Хаплоидният геном съдържа около 12 500 гена върху шест хромозоми. За сравнение диплоидният човешки геном има 20 000-25 000 гена (представени два пъти) върху 23 двойки хромозоми.
Полово размножаване
Сексуалното развитие може да настъпи, когато амебоидните клетки са лишени от бактериална храна и са на тъмно.
Чифтосването започва с гаметогенеза. При това се получават малки, подвижни гамети, които се сливат и образуват малка двуядрена клетка. След това обемът на двуядрената клетка се увеличава, за да се получи гигантска двуядрена клетка. С напредването на растежа ядрата набъбват и след това се сливат, образувайки истинска диплоидна гигантска клетка зигота. По време на този процес амебите преминават през хемотаксис към повърхността на гигантската клетка. Гигантската клетка зигота поглъща околните амеби и ги разгражда. След това зиготата образува макроциста, която остава в покой за известно време, преди да започне да покълва. Когато макроцистата покълне, тя освобождава множество хаплоидни амебоидни клетки.
Класификация
Открит за първи път в гора в Северна Каролина през 1935 г., Dictyostelium discoideum първоначално е класифициран като "нисши гъби", а по-късно - в царствата Protista и Fungi. През 90-те години на ХХ век повечето учени приемат настоящата класификация.
Понастоящем амебозоите се разглеждат като отделен клъд на ниво царство, който е по-близко свързан с животните и гъбите, отколкото с растенията.
Моделен организъм-гостоприемник за Legionella
Dictyostelium има много общи молекулярни характеристики с макрофагите. Макрофагите са човешкият гостоприемник на Legionella. Съставът на цитоскелета на D. discoideum е подобен на този на клетките на бозайниците. Както и процесите, управлявани от тези компоненти, като фагоцитоза, мембранен трафик, ендоцитен транзит и сортиране на везикули. Подобно на левкоцитите, D. discoideum имат хемотаксис. Следователно D. discoideum е подходяща моделна система, за да се види влиянието на факторите на клетките-гостоприемници по време на инфекции с Legionella.
Въпроси и отговори
В: Какви са диктиостелидите?
О: Диктиостелидите са група клетъчни слузести форми, или "социални амеби".
В: Как се размножават диктиостелидите?
О: В трудни моменти dictyostelids се събират, за да се размножават като плодно тяло, което произвежда спори със защитни стени.
В: Едноклетъчни или многоклетъчни организми са диктиостелидите?
О: Dictyostelids са както едноклетъчни, така и многоклетъчни. През по-голямата част от живота си те живеят като отделни клетки, а след това се събират, за да се размножат като многоклетъчно плодно тяло.
В: С какво се хранят диктиостелидите?
О: Диктиостелидите се хранят предимно с почвени бактерии.
В: Какво се случва, когато хранителните запаси на диктиостелидите се изчерпят?
О: Когато хранителните запаси се изчерпат, диктиостелидите се обединяват и образуват нещо подобно на охлюв, който може да реагира на разликите в светлината и температурата и да се движи.
В: Какво представлява спорокарпът?
О: Спорокарпът е плодно тяло, което съдържа една или повече топки спори. Тези спори са неактивни клетки, защитени от здрави клетъчни стени, и се превръщат в нови амеби при наличие на храна.
В: Как се изучава dictyostelium?
О: Dictyostelium се използва като моделен организъм в молекулярната биология и генетиката, особено като пример за клетъчна комуникация, диференциация и програмирана клетъчна смърт (апоптоза). Изследванията върху Dictyostelium са достъпни онлайн в dictyBase.
обискирам