Előadást letölteni
Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon
KiadtaGéza Fülöp Megváltozta több, mint 10 éve
1
Együttműködő molekulák, csaló baktériumok és más furcsaságok
KEBEL 2013. április 18. Együttműködő molekulák, csaló baktériumok és más furcsaságok Czárán Tamás MTA-ELTE Elméleti Biológiai és Ökológiai Kutatócsoport
11
„Fekete füstölgő”: hidrotermikus kürtő az óceán fenekén
Gejzír többezer m mélységben: vaksötét, többszáz atm nyomás, 300 ºC feletti hőmérséklet, erősen redukáló kémiai környezet Az élet bölcsője?
12
… to arrive at RNA molecules capable of self-replication
13
Miért éppen az RNS? Mert információ-tárolásra, –továbbadásra és enzim- funkciók ellátására is alkalmas 2. Mert a mai élőlényekben is előfordul mindkét funkcióban
14
Riboszóma, a fehérjeszintézis „lelke”:
RNS-enzim (ribozim) Riboszóma, fehérje-részek nélkül Riboszóma, fehérje-részekkel
15
? ? Ribonukleotidok RNS
16
Nukleobázisok Cukrok
17
RNS molekula spontán képződése agyagásvány felületen
18
replikáció
20
Eukarióta sejt metabolikus hálózata (Metabolic Map)
21
„Anyagcsere” reakcióhálózat (Metabolizmus)
22
Metabolikus Replikátor Modell (MRM)
RNS-enzim (ribozim) Enzim-hatás (katalízis) Építőelemek (monomerek) Metabolikus Replikátor Modell (MRM)
23
„Parazita” RNS-molekula
24
féken tartják: nem teszi tönkre az együttműködést
A parazita-RNS a rendszerben marad, de a metabolikus kooperátorok féken tartják: nem teszi tönkre az együttműködést
25
Másolási segítség (replikáz)
26
RNS molekula másolása replikáz ribozimmal
27
„Sejtmembrán”
28
A membrán növekedése zsírsav-molekulák beépülésével
29
„Proto-sejt”
30
A bakteriális együttműködés formái:
exoenzimek termelése (sejten kívüli táplálék emésztése) sziderofor táplálék-feltáró anyagok termelése (Fe3+ ionok oldatba vitele és felvétele) bakteriocin-produkció (kompetítorok távoltartása) virulencia-faktorok expressziója (gazdaszervezet inváziója patogén baktériumok esetében) biofilm-képzés (nagyobb együttműködő kolóniák kialakítása) … Minden esetben „közhasznú javak” (public goods) előállítása jelenti az együttműködést
31
Az együttműködés költséges: jelentős metabolikus erőfeszítést igényel;
kis egyedsűrűségnél hatástalan: a kooperációba fektetett források kárba vesznek; egy kritikus szintet meghaladó egyedsűrűségnél viszont kifizetődő: a befektetett költség sokszorosan megtérül.
32
A kommunikáció előnye:
Elegendő akkor bekapcsolni a kooperáció költséges mechanizmusait, amikor együtt van a hatékonyságot biztosító, kritikus számú potenciális együttműködő egyed. A kommunikáció módja: kémiai jelzés Quorum Sensing (QS)
33
„Közhasznú javak” termelése QS-szabályozással
„Public good”
34
Alacsony (quorum alatti) egyedsűrűségnél:
kevés QS-jel – nincs kooperáció Nagy (quorum feletti) egyedsűrűségnél: sok QS-jel – kooperáció
35
A kooperáció és a kommunikáció is „csaló” mutánsok áldozatául eshet.
Probléma: A kooperáció és a kommunikáció is „csaló” mutánsok áldozatául eshet. A kooperáció csalója: „ÉLŐSKÖDŐ” – a közös javakból a létrehozásukba fektetett saját hozzájárulásával arányosnál nagyobb hányadot vesz el A kommunikáció csalója: olyan „ÉLŐSKÖDŐ”, amely ráadásul „HAZUG” is – kooperációt ígér, de végül a rá eső hányadnál kevesebbel (vagy semmivel sem) járul hozzá a közös javak előállításához
36
Megoldás: Valódi kooperátorok felismerése nem hamisítható jelek alapján, és a csalók diszkriminálása Rokonszelekció térbeli kényszerek alapján („környezeti viszkozitás”) (Hamilton, 1969)
37
Modell:
38
+ = 23 = 8 különböző genotípus
39
Genotípusok: nem „Flegma” csr igen „Kukkoló” csR „Hazug” cSr
Kooperál? Jelez? Érti a jelet? „Fenotípus” Metabolikus teher nem „Flegma” csr igen „Kukkoló” csR mr „Hazug” cSr 0 + ms + 0 „Szájhős” cSR 0 + ms + mr „Buzgó” Csr mC „Szégyellős” CsR mC mr „Dicsekvő” CSr mC + ms + 0 „Becsületes” CSR mC + ms + mr mc >> ms ≥ mr
40
Modell-események: 1 generáció = 90.000 (300x300) ismétlés
Kommunikáció a szomszédos baktériumokkal Feltételes kooperáció a szomszédos baktériumokkal Kölcsönhatás (kompetíció) a szomszédok egyikével Mozgás (helycsere a szomszédok egyikével) 1 generáció = (300x300) ismétlés
41
Egy tipikus eredmény:
42
nincs Quorum Sensing van Kooperáció nq = 2 nq = 3 nq = 4 nq = 5 nq = 6
„Drága” „Olcsó” Kooperáció „Drága” „Olcsó” nq = 2 nq = 3 Kooperációs hatékonysági küszöb nq = 4 nq = 5 nq = 6 Diffúzió
43
„Gonosz” kommunikációs stratégiák
A „Hazug” hatékonyabban használja ki a „Becsületes”-t, mint a „Flegma”, mert kis befektetéssel (QS jel) ráveszi a „Becsületes” szomszédait, hogy kooperálni próbáljanak akkor is, amikor valójában nincs együtt az együttműködők quoruma.
44
Következtetések: A kooperáció feltétele a preferenciális együttműködés, ami a baktériumok esetében térben korlátozott szóródással valósulhat meg a legegyszerűbben; A kooperáció és a Quorum Sensing (kommunikáció) egymást erősítő, szinergisztikus evolúcióval alakulhatott ki; A bakteriális kommunikáció kialakulásának szelekciós hajtóereje kétféle: egyrészt a kooperációt segítő, másrészt azt kihasználó; A modell előrejelzése szerint a szociális stratégiák (együttműködés, csalás, félrevezetés, kihasználás) sokaságával számolhatunk a baktérium-közösségek kísérletes vizsgálata nyomán
45
Adin Ross-Gillespie, Andy Gardner, Stuart A. West, and Ashleigh S
Adin Ross-Gillespie, Andy Gardner, Stuart A. West, and Ashleigh S. Griffin: "Frequency dependence and cooperation: theory and a test with bacteria" The American Naturalist (2007) volume 170: DOI: /519860
46
Köszönöm a figyelmet!
Hasonló előadás
© 2024 SlidePlayer.hu Inc.
All rights reserved.