molpit
Login:
Password:
remember
PIT00397 Бактериальное электричество

Оказалось, что бактерии могут вырабатывать электрический ток и способны к электрической сигнализации. Сначала то, насколько биологическими являются электрические взаимодействия клеток. В то время как химические межклеточные связи хорошо известны в координации бактериальных популяций, роль электрических сигналов была относительно проигнорирована. Хамфрис и др. показали [Humphries2017], что биопленки Bacillus subtilis используют производство калия, чтобы привлечь далеко находящиеся подвижные клетки даже филогенетически далеких видов путем изменения их мембранного потенциала [Huang2017].

Humphries2017grAbs (232Кб)
Графическая аннотация статьи [Humphries2017], основные моменты которой такие
• Электрическая сигнализация в пределах биопленки привлекает удаленные подвижные клетки
• Привлечение вызвано зависимостью мембраного потенциала от модуляции частоты тамблинга (прыжков с вращением)
• В результате электрическая сигнализация является универсальным межвидовоым механизмом притяжения, независимо от вида бактерий
• Привлечение приводит к включению различных видов в ранее существовавшие биопленки

Эти исследования, начатые [Liu2015] и [Prindle2015], были суммированы в обзоре [Flemming2016] и показано появление биологических взаимодействий из химических и физических компонент. Хотя явно это утверждение и не сделано, но его легко усмотреть в ключевых моментах [Flemming2016], где используется чисто биологическое понятие эмерджентности, т.е. возникновение нового.

* Бактериальные биопленки можно считать эмерджентной формой бактериальной жизни, в которых общинная жизнь полностью отличается от бактерий, которые живут, как свободно живущие клетки.

* Возникающие свойства бактериальных биопленок включают социальное сотрудничество, захват ресурсов и повышает выживаемость после воздействия противомикробных препаратов, и не могут быть поняты и предсказывал через изучение свободно живущих бактериальных клеток.

* Физическими подмостками жизни биопленки является матрица внеклеточных полимерных веществ (EPS), который держит клетки в биопленки вместе и прикрепляет их к субстратам, чтобы колонизировать поверхности. Матрица лежит в основе возникающих свойств биопленок.

* Свойства эмерджентной биопленки являются причиной эволюционного успеха биопленок и легли в основу роли биопленок как глобальной среды каркасов обитания.

Мельчайшие в мире "танцоры под дудочку жизни" подобно мексиканской волне, передают электрический сигнал от клетки к клетке через плотную "толпу" миллионов бактериальных клеток, пока сигнал не достигает внешнего края биопленки, где рост клеток приостановливается, чтобы питательные вещества могли диффундировать внутрь плёнки [Madhusoodanan2016]. Не правда ли, красивая самоорганизация!

В реферате Д. Загорская. Бактерии вынудили вырабатывать электричество // vesti.ru 16/2/2017 рассмотрено множество удивительных талантов в мире бактерий. Рекомендую прочитать и посмотреть все ссылки. Интересный результат был недавно получен [Kirchhofer2017], где разработали химическую добавку (DSFO+), которая модифицирует клеточные мембраны для проводимости и повышает выходную мощность без токсичных побочных эффектов. DSFO+ находит непосредственное отношение к многим приложениям биоэлектронной водоочистки. Авторы ожидаот, что молекулярный дизайн DSFO+ вдохновит дизайн соответствующих дополнительных молекул. Вот

Kirchhofer2017grAbs (126Кб)
Графическая аннотация [Kirchhofer2017].

Авторы работы [Kirchhofer2017] сообщают, что на данный момент им удалось добиться того, чтобы молекулы DFSO+ оставались в мембранах бактерий на протяжении нескольких недель. Этого недостаточно для долгосрочной выработки электроэнергии, но результаты обнадёживают. Поживём - увидим то, как будут открываться тайны бактериального электричества.

{Huang2017} Kerwyn Casey Huang. Staying in Touch while on the Go // Cell 168 (1), 15-17 (2017). doi 10.1016/j.cell.2016.12.024

{Humphries2017} Jacqueline Humphries et al. Species-Independent Attraction to Biofilms through Electrical Signaling // Cell 168 (1), 200-209 (2017). doi 10.1016/j.cell.2016.12.014

{Liu2015} Jintao Liu et al. Metabolic co-dependence gives rise to collective oscillations within biofilms // Nature 523 (7562), 550-554 (2015). doi 10.1038/nature14660

{Prindle2015} Arthur Prindle et al. Ion channels enable electrical communication in bacterial communities // Nature 527 (7576), 59-63 (2015). doi 10.1038/nature15709

{Flemming2016} Hans-Curt Flemming et al. Biofilms: an emergent form of bacterial life // Nature Reviews Microbiology 14 (9), 563-575 (2016). doi 10.1038/nrmicro.2016.94

{Madhusoodanan2016} Jyoti Madhusoodanan. Microbes Use Electric Signals to Communicate With Other Species // BioTechniques 15/2/2016

{Kirchhofer2017} Nathan D. Kirchhofer et al. A Ferrocene-Based Conjugated Oligoelectrolyte Catalyzes Bacterial Electrode Respiration // Chem 2 (2), 240-257 (2017). doi 10.1016/j.chempr.2017.01.001

Peter Belobrov 16 Feb 2017 22:30
© International Open Laboratory for Advanced Science and Technology — MOLPIT, 2009–2021