Эндосимбиоз: доказательства и применение при изучении болезней

Биологические ритмы в живой природе

Каждую весну распускается зеленая листва, каждую зиму выпадает снег. С восходом солнца растения раскрывают свои цветы, первый луч падает на зеленый лист и запускает процессы фотосинтеза. Перелетные птицы осенью собираются в теплые края, белка запасает спелые орехи, а медведь и еж ищут укрытие поудобнее, чтобы пережить неблагоприятное холодное и голодное зимнее время.

Изучая поведение животных в природе, внимательный наблюдатель замечает, что птицы начинают готовиться к перелету с первыми признаками приближающейся осени. Хозяин таежных лесов медведь начинает искать место для спячки еще до того, как ударят первые морозы и снегопады заметут лесные тропы.

И горе тому животному, которое не успеет до холодов. Без помощи человека оно обречено на гибель, как Серая шейка в одноименной детской сказке. Медведь, поднятый среди зимы из берлоги, получает прозвище медведь-шатун. Злой, голодный, ходит по лесу, нагоняя страх на охотников, но и он обречен на мучительную гибель от голода. Мясом такого погибшего зверя брезгуют даже падальщики…

Можно заметить, что еще до появления первых признаков смены сезона, поведение животных меняется. И это не зря. Таким образом природа позволяет живым организмам заблаговременно подготовиться к грядущим переменам в природе и предупредить стресс, связанный с перестройкой сложных биохимических процессов и физиологических функций во время действия неблагоприятного фактора с помощью биологических ритмов организма.

Как эволюционируют микробы

Бактерии эволюционируют быстрее других существ?

Просто они быстро делятся, и их очень много. Они словно самим господом богом созданы для эффективного естественного отбора. Кишечная палочка делится за 15 минут. Если вы посадили одну бактерию кишечной палочки в чашку, то через 8 часов обнаружите колонию ее потомков размером с булавочную головку — в ней будет 10 миллионов бактерий, это опять-таки — столько, сколько человек живет в Москве.

Чтобы попытаться выработать у москвичей устойчивость к радиации, придется взорвать над столицей атомную бомбу и ждать потомства от выживших. С бактериями всё гораздо проще — вырастили колонию за 8 часов, облучили ее, и вот уже можно изучать потомство наиболее жизнестойких особей. С ними удобно работать! Быстрее ли они эволюционируют? Нет, просто быстрее размножаются.

Горизонтальный перенос генов— передача генетического материала другому организму, не являющемуся потомком. 

Митохондрия — органелла (орган клетки) размером с бактерию, запасающая и высвобождающая по мере надобности энергию. У нее есть свой геном. Считается, что митохондрии — это бывшие бактерии, которые внедрились в клетки более продвинутых организмов.

Ретровирусы — вирусы, генетическая информация которых содержится в на молекуле РНК. После проникновения ретровируса в клетку его РНК переписывается в ДНК, которая транспортируется в ядро и встраивается в ДНК клетки. Самый известный представитель — ВИЧ.

У них, кажется, есть специальный механизм, позволяющий обмениваться генами разным видам бактерий?

Есть, действительно. Генетика дарвинизма предполагала только вертикальную передачу признаков — по наследству. Всё древо жизни казалось такой ветвящейся структурой, растущей из одного корня и постепенно усложняющейся. Наверху, конечно же, всегда был человек. Предполагалось, что у каждого вида своя эволюционная траектория, идущая от общего корня, и эти траектории не пересекаются.

Но у бактерий широко распространен горизонтальный перенос генов, когда один вид обменивается генами с другим. Вот представьте себе: пошли вы в зоопарк, увидели слона — вам понравился его хобот, вы обменялись со слоном соответствующими генами и ушли уже с хоботом. Бактерии так делают часто — для одноклеточных это просто. И получается, что ветви на эволюционном древе не изолированы, а образуют сеть.

Обмен генами случаен или бактериям действительно может понравиться чужой «хобот»?

Случаен, никто ничего не выбирает. Допустим, сидят себе бактерии, и тут вдруг становится очень плохо — среда изменилась. Большинство бактерий умирает, и вся их ДНК вытекает наружу. А некоторые выживают и встраивают в себя части этой ДНК. Большинству это ничего не дает, а кто-то получает новые возможности — он растет, и ему становится совсем хорошо, потому что все вокруг погибли: еды куча, никто не мешает.

У людей довольно большая часть ДНК вирусного происхождения. Значит, тут тоже речь идет о горизонтальном переносе. Возможен ли перенос генов от бактерий к людям?

Нет, у нас с бактериями разные вирусы. У нас нет бактериальных генов, кроме тех, что мы когда-то получили от бактерий, ставших митохондриями в клетках нашего организма. Помните, как возникли клетки, от которых произошли мы и все, кого мы видим в зоопарке? Наш одноклеточный предок захватил некую древнюю бактерию и заставил ее кашу варить — энергию вырабатывать. Но чтобы эта бактерия не прибила нашего предка, большинство генов из нее было перенесено в ядро.

А гены вирусов, про которые вы говорите, действительно составляют у нас солидную часть генома. Это остатки ретровирусов, которые встроились в разные места нашей ДНК. Они встроились так, чтобы мешать работе наших генов, но испортились потихонечку. Некоторые из них, правда, еще могут прыгать по ДНК, и когда они прыгают, то могут возникать неприятные вещи типа рака. Кстати, интересно, что мы довольно сильно отличаемся от обезьян по «вирусному геному», а те 30 тысяч генов, которые кодируют белки, отличаются от обезьяньих гораздо меньше.

Облигатный бактериальный эндосимбиоз у насекомых

Ученые классифицируют эндосимбионтов насекомых на две категории: первичные и вторичные. Первичные эндосимбионты (иногда называемые Р-эндосимбионтами) были связаны со своими насекомыми-хозяевами в течение миллионов лет (от десяти до нескольких сотен миллионов лет в некоторых случаях). У них есть обязательная форма ассоциации, и они демонстрируют со-видообразование со своим хозяином. Вторичные эндосимбионты обнаруживают недавно развитую ассоциацию, которая иногда горизонтально передается между хозяевами, живущими в гемолимфе насекомых ( неспециализированные бактериоциты ), и они не являются обязательными.

тля

Среди первичных эндосимбионтов насекомых наиболее изученными являются гороховая тля (Acyrthosiphon pisum) эндосимбионт Buchnera sp . Муха цеце Glossina тогзИапз тогзИапз и его эндосимбионт Wiggleworthia glossinidia brevipalpis и эндосимбионт протист от термитов . Как и в случае эндосимбиоза у других насекомых, симбиоз является обязательным, то есть ни бактерии, ни насекомое не могут жить без своего хозяина (соответственно его симбионта). Ученые не смогли вырастить бактерии в лаборатории в условиях, внешних по отношению к насекомым. Со специальным рационом насекомое может выжить, но у него плохое здоровье и в лучшем случае он выживает только несколько поколений.

В некоторых группах насекомых эти эндосимбионты живут в специализированных клетках насекомых, называемых бактериоцитами (также называемыми мицетоцитами ), и передаются от матери, то есть мать передает свой эндосимбионт своему потомству. В некоторых случаях бактерии попадают в яйцо, например, Buchnera; в других случаях, таких как Wigglesworthia, они передаются с молоком, которое способствует развитию эмбриона? У термитов эндосимбионт находится в кишечнике и передается трофаллактически с другими членами колонии. Первичные эндосимбионты помогают хозяину, позволяя ему получать питательные вещества, которые хозяин не может получить самостоятельно, катаболизируя неусвояемую пищу насекомого. Например, основная роль Buchnera заключается в синтезе незаменимых аминокислот, которые тля не может получить естественным путем из пищи. Точно так же основная роль вигглсуортии, вероятно, заключается в синтезе витаминов, которых у мухи цеце нет в крови, которой она питается. У термитов протист-эндосимбионт играет важную роль в переваривании древесного и целлюлозного материала, который составляет пищу термитов. Бактерии выигрывают от меньшего воздействия хищников, снабжения достаточным количеством питательных веществ и стабильности непосредственной среды, которой является тело хозяина. Секвенирование генома показывает, что облигатные бактерии-эндосимбионты насекомых имеют наименьший из известных бактериальных геномов и утратили многие гены, которые обычно встречаются у многих бактерий. Было выдвинуто несколько теорий, объясняющих потерю этих генов. Вероятно, некоторые из этих генов несущественны в среде клетки насекомого-хозяина. Дополнительная теория предполагает, что небольшое количество бактерий в каждом насекомом снижает эффективность естественного отбора за счет «очистки» от вредных мутаций и небольших мутаций из популяции, что приводит к потере генов в течение миллионов лет. Исследования параллельной филогении между насекомыми и их симбионтами показали, что первичный эндосимбионт переносится только вертикально (то есть матерью), а не горизонтально (то есть убегая от одного хозяина и попадая в другого). Облигатные атаки бактерий-эндосимбионтов могут быть способом борьбы с насекомыми-хозяевами, многие из которых являются вредителями или переносчиками болезней человека. Например, тля — вредитель сельскохозяйственных культур, а муха цеце передает организм Trypanosoma gambiense, вызывающий сонную болезнь. Дальнейшая мотивация для этих исследований состоит в том, чтобы понять симбиоз и понять, как могут жить бактерии с геномными пробелами, а также улучшить наши знания генетики и молекулярной биологии. О вторичных эндосимбионтах известно меньше. Известно, что гороховая тля содержит по крайней мере три вторичных эндосимбионта: Hamiltonella defensa, Regiella Insecticola и Serratia symbiotica . H. defensa помогает насекомому защититься от паразитоидов. Sodalis glossidinus — вторичный эндосимбионт мухи цеце, который живет вне и внутри клеток в различных тканях своего хозяина, включая кишечник и гемолимфу. Филогенетические исследования не указывают на корреляцию между эволюцией Sodalis и мухи цеце, в отличие от Wrigglesworthia, хотя Sodalis культивировали in vitro. В отличие от P-симбионта цеце Wigglesworthia, Sodalis культивировали in vitro .

Таксономический анализ

Учёный Карл Линней предложил иерархическую схему из пяти категорий: класс, ряд, род, вид и вариетет. Например, человек расположился в классификации К. Линнея в такой последовательности:

1. Класс: Mammalia.
2. Отряд: Primates.
3. Род: Homo.
4. Виды: sapiens, troglodytes.
5. Вариететы: ferus, americanus, europaeus, afer.

Таксономический анализ представляет собой распределение признаков между таксонами, на основании которого таксоны группируются в надтаксоны. Фактически, это анализ таксонов и их выдающихся признаков.

Первый этап — составление таблицы таксон/признак. Такую таблицу приходится делать всем практикующим систематикам, будь то кладисты, или типологи, или представители других направлений.

Способы, которыми такая таблица превращается в классификацию, сильно отличается в разных школах. Таксоны группируются по два или более на основании подобия и различия. Равноценные признаки можно подсчитывать с помощью формул и сравнивать количество общих признаков и отличительных черт у разных таксонов. Если признаки считаются неравноценными, то больший вес может предоставляться или более давним примитивным, или более молодым и производным. Корреляция между признаками может учитываться или не учитываться.

Группировкам таксонов, которые вышли, предоставляется ранг соответственно с традициями, разветвлениями эволюционных линий, геологическим возрастом, соотношением между величиной хиатуса и числом представителей.

Чувство связи с человеком

6. Загадочное притяжение

С родственными душами вы чувствуете некую магнетическую силу, притягивающую вас друг к другу, когда вы рядом. Конечно, с любим человеком связь со временем развивается и углубляется, но в здесь речь идет о мгновенной связи.

7. Легкое общение при сильной связи с человеком

Каждый разговор с этим человеком — это новый опыт. Вы прекрасно понимаете друг друга, прислушиваетесь к советам друг друга, и все ваше общение идет гладко с первого дня.

Вам не нужно беспокоиться о том, что человек неправильно истолкует ваши слова, или обидится какой-то вашей шутке. Вы используете схожую лексику, и у вас похожее чувство юмора.

8. Комфортная тишина

Двоим всегда есть о чем поговорить. Но знаете, что делает ваше общение особенным? Вы можете находиться рядом друг с другом, не произнося ни единого слова, и вам не будет неловко от этого. Вы просто будете разделять комфортную тишину и наслаждаться ею!

9. В их присутствии вы чувствуете себя, как дома

Отношения с родственной душой не будут похожи на эмоциональные американские горки. Вы не будете ссориться и мириться каждую неделю, и, вероятно, даже не почувствуете бабочек в животе.

Каждый раз, когда вы будете встречаться с этим человеком, у вас будет такое чувство, будто вы вернулись домой из утомительного путешествия.

10. Различия существуют не для того, чтобы разделять, а для того, чтобы обогащать

Могут ли два совершенно разных человека быть родственными душами? Могут. Ваши различия существуют для того, чтобы сблизить вас еще больше.

Например, если один из вас расслаблен и неорганизован, а другой любит, чтобы все было в идеальном порядке, это станет возможностью поучиться друг у друга. Первый человек научит второго быть спонтанным, а второй разбудит в первом чувство ответственности.

11. Поддержка друг друга, как часть связи с любимым человеком

Родственная душа может вдохновить вас изменить то, что вам в себе не нравится, при условии, что вы захотите это сделать.

Этот тип связи направлен на улучшение. Вы двое подталкиваете друг друга стать лучше без какого-либо давления.

Если родственная душа становиться вашим любимым человеком, то он будет верить в вас больше всего. Именно он указывает на то, что вы можете добиться всего, к чему стремитесь.

И знаете, что самое приятное? Тот факт, что этот человек всегда готов вас прикрыть, несмотря ни на что.

12. Уважение, как одно из величайших выражений любви

Давайте не будем забывать, что вы не можете разделить связь с кем-то, с кем вы не разделяете взаимного уважения. Вы оба одинаково важны, потому что вы партнеры в этой игре под названием жизнь.

Вы уважаете желания, цели и мнение друг друга. Даже когда вы думаете иначе об определенном вопросе, вы согласны пойти на компромисс или просто остаться при своем мнении.

13. Абсолютное счастье

Это, вероятно, самый важный признак того, что у вас есть необъяснимая связь с кем-то: этот человек заставляет вас чувствовать себя счастливее, чем когда-либо.

Вы не были несчастны до того, как этот человек появился. На самом деле, вы были убеждены, что вся ваша жизнь в полном порядке.

Однако, только встретив его, вы осознали значение настоящего счастья. Ему удалось пробудить некоторые чувства, о которых вы даже не подозревали.

Когда вы с ним, вы чувствуете себя на вершине мира. Он не просто лучше — он совершенно другой.

Примечания и ссылки

• (fr) Эта статья частично или полностью взята из статьи в Википедии на английском языке под названием .

1. (in) К. Иноуэ, «  Мембрана внешней оболочки хлоропласта: край света и возбуждения  », Journal of Integrative Plant Biology, vol.  49,2007 г., стр.  1100–1111
2. (in) AE Douglas, »  Взаимодействие между питательными веществами в симбиозах насекомых-микробов: тли и их симбиотические бактерии Buchnera  «, Annual Review of Entomology, vol.  43,1998 г., стр.  17–38 ( ISSN  , DOI   )
3. Аксой, С., Поурхоссейни, А. и Чоу, А., 1995. Мицетомные эндосимбионты мух цеце составляют отдельную линию, связанную с Enterobacteriaceae. Насекомое Mol Biol. 4, 15-22.
4. Welburn, SC, Maudlin, I. & Ellis, DS 1987. Культивирование in vitro риккетсеподобных организмов из Glossina spp. Аня. Слишком. Med. Паразитол. 81, 331-335.

Традиционная классификация

Для обозначения таксонов, ранг которых ещё неясен, используются такие нейтральные термины, как фенон, форма, группа.

Фенон — фенотипически однородная выборка особей. Самцы и самки могут принадлежать к разным фенонам; в случае видов-двойников к одному фенону могут относиться представители нескольких видов.

Термин «форма» может применяться, когда неизвестно, идёт ли речь про вид или подвид, или про экземпляр, который уклоняется, сезонную вариацию или касту. Термин используется также, когда речь идёт о нескольких таксонах разных рангов (например, вид и подвид).

Группа — виды, которые не имеют статуса подрода.

Начало заболевания у детей

Детская шизофрения встречается не часто, однако известны случаи появления ее у детей 2-летнего возраста.

Вот признаки, которые должны заставить родителей задуматься о психическом состоянии ребенка:

• малыш избегает общения с друзьями, становится замкнутым, предпочитает одиночество. Активным, подвижным играм предпочитает тихое, сидячее времяпрепровождение. Играет один, порой в придуманные им самим игры;
• отказывается совершать гигиенические процедуры;
• беспричинно портится настроение. Ребенок хнычет, капризничает без повода;
• не может себя защитить, пытается скрыться от конфликтной ситуации;
• нарушаются когнитивно-познавательный уровень. Ребенок как бы делает шаг назад в своем развитии. Плохо усваивает новый материал, ведет себя соответственно меньшему возрасту;
• проявляет немотивированную агрессию по отношению к близким и сверстникам, неадекватные эмоциональные реакции: если другой ребенок ударился, ему больно, он плачет, то этот малыш начинает смеяться;
• у ребенка появляются проблемы с речью. Возникают непонятные слова, речь скудная, обрывистая.

Обращает на себя внимание поведение таких детей. Например, они выдают себя за птичку

При этом их действия соответствующие: они имитируют полет, утверждают, что они не мальчик или девочка, а птичка, «клюют» еду. 

В старшем возрасте дети называют себя другими именами, общаются с вымышленными друзьями.

В подростковом возрасте шизофрения проявляется эмоциональной отстраненностью. Подросток замыкается в себе, перестает общаться с друзьями. На начальном этапе развития болезни появляются извращенные влечения. Дети сбегают из дома, становятся членами бандитских группировок, где неукоснительно подчиняются главарю. Проявляют агрессию, садистские наклонности. Демонстрируют сексуальные перверсии, увлекаются наркотиками и алкоголем.

Особо показательно раздвоение поведения. Дома подросток ведет себя агрессивно, расхлябано, пререкается и грубит, много разглагольствует. А в школе становится другим человеком: тихим, замкнутым, скрытным.

Что касается такой тяжелой формы расстройства, как гебефреническая, то на заре ее развития такие дети становятся апатичными. Даже если в течение дня они не подвергались тяжелым умственным или физическим нагрузкам, то все равно чувствуют себя разбитыми, усталыми, буквально валятся с ног. Плохо усваивают новый материал. Нарушается сон, отмечается прилив мыслей перед засыпанием. Утрачивается интерес, появляется безразличие. Они бездействуют, забрасывают учебу, считая все усилия бесполезными.

Агрессия к близким, особенно к матерям, при сохранности нормального отношения к посторонним людям – очень показательный симптом. Дети называют родителей опекунами, считая, что настоящие папа и мама – очень влиятельные и богатые люди. Просто по какой-то веской причине они не могли воспитывать ребенка, и отдали его в приемную семью.

Установлен интересный факт. Среди детей, страдающих шизофренией, наибольшее количество составляют те, кто до болезни слыл послушным, покладистым, беспроблемным ребенком.

В детском и подростковом возрасте подобные проявления сложно трактовать правильно. Обычно их принимают за детские капризы, издержки воспитания или за подростковый кризис.

Причины эволюции эукариот

Все разнообразие жизни на Земле (от простейших до покрытосеменных и млекопитающих) дали клетки эукариотического, а не прокариотического типа. Возникает вопрос, почему? Очевидно, ряд особенностей, возникших у эукариот, существенно повысили их эволюционные возможности.

Во-первых, у эукариот есть ядерный геном, который во много раз превосходит количество ДНК у прокариот. При этом эукариотические клетки диплоидны, кроме этого в каждом гаплоидном наборе определенные гены многократно повторяются. Все это обеспечивает, с одной стороны, большие масштабы для мутационной изменчивости, а с другой — уменьшает угрозу резкого снижения жизнеспособности в результате вредной мутации. Таким образом, эукариоты, в отличие от прокариот, обладают резервом наследственной изменчивости.

Эукариотические клетки имеют более сложный механизм регуляции жизнедеятельности, у них существенно больше различных регуляторных генов. Кроме того, молекулы ДНК образовали комплексы с белками, что позволило наследственному материалу упаковываться и распаковываться. Все вместе это дало возможность считывать информацию частями, в разных сочетаниях и количестве, в разное время. (Если в клетках прокариот транскрибируется почти вся информация генома, то в эукариотических клетках обычно менее половины.) Благодаря этому эукариоты могли специализироваться, лучше приспосабливаться.

У эукариот появились митоз, а затем и мейоз. Митоз позволяет воспроизводить генетически сходные клетки, а мейоз сильно увеличивает комбинативную изменчивость, что ускоряет эволюцию.

Большую роль в процветании эукариот сыграло приобретенное их предком аэробное дыхание (хотя оно есть и у многих прокариот).

На заре своей эволюции эукариоты обзавелись эластичной оболочкой, обеспечивавшей возможность фагоцитоза, и жгутиками, позволившими им двигаться. Это дало возможность эффективней питаться.

Митохондрии

В большинстве (но не во всех) клеток эукариот митохондрии производят молекулы-энергоносители АТФ, сжигая углеводы в процессе дыхания. Митохондрии в том или ином виде есть у всех эукариот — пусть и разных типов, вероятно произошедших от общего предка по мере приспособления к условиям внутри клеток вида-хозяина. Сравнивая гены, отвечающие за энергообмен у разных протеобактерий, итальянские исследователи установили, что ближайшие живые родственники митохондрий — «метилотрофы», микробы, мембрана которых напоминает складки внутренней мембраны митохондрий, где и генерируется энергия.

Согласно исследованиям американского эволюционного биолога Уильяма Мартина, изначально симбиоз снабжал клетку-хозяина водородом для производства энергии, после чего последний по времени общий предок эукариот начал производить гораздо больше энергии, чем прокариоты. Мартин и британский биохимик Ник Лейн считают, что излишек энергии позволил эукариотам создавать сложные клетки, добавляя гены в свой геном. Если эта гипотеза верна, появление митохондрий — ключевой этап на пути к эукариотической клетке, и завершился он задолго до приобретения ею главной отличительной черты, ядра, около 1,5 миллиарда лет назад.

Уильям Мартин

Подведение итогов

Давайте посмотрим. В биологии, симбиоз относится к близкому, долгосрочному взаимодействию между двумя различными видами. Но существует много различных типов симбиотических отношений:

• Мутуализм – это тип симбиоза, при котором оба вида получают выгоду от взаимодействия. Примером мутуализма является связь между деревьями акации бычерогой и некоторыми видами муравьев. Акация дает муравьям пищу и кров, а муравьи защищают дерево.
• Паразитизм – это ассоциация между двумя различными видами, при которой паразит живет за счет хозяина, нанося ему вред, но обычно не убивая. Блохи, клещи, вши, пиявки и любые бактерии или вирусы, вызывающие заболевания, считаются паразитическими.
• Комменсализм представляет собой ассоциацию между двумя различными видами, когда один вид получает выгоду, а другой существенно не затрагивается. Вероятно, лучшим примером комменсализма является связь между египетскими цаплями и крупными травоядными животными, которая была описана выше.
• И, наконец, аменсализм – это ассоциация между двумя организмами разных видов, где один вид ингибируется или убивается, а другой не затрагивается. Это может происходить либо в результате прямой конкуренции за ресурсы, либо когда один вид использует химическое вещество для уничтожения или торможения роста других видов рядом с ним. Классический пример аменсализма – это способность пенициллиновой плесени выделять пенициллин, который убивает определенные виды бактерий.

Мне нравится2Не нравится1