XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Введение

Многие живые организмы в современное время активно изучают и применяют в качестве модельных объектов в биологических, биохимических, генетических, физиологических, фармацевтических и других исследованиях. Это обусловлено тем, что зачастую проведение экспериментов на человеке становится невозможно по различным техническим или этическим причинам. Использование животных, в качестве модельных организмов, основано на том, что все живые организмы имеют общее происхождение, в некоторых случаях похожее строение организма, сходные метаболические путти различных катаболических и анаболических процессов, общие механизмы хранения и реализации наследственной информации и т.д. Организмы, которые используются в качестве модельных должны соответствовать определенным критериям, по которым их выбирают как модельный объект. Такими критериями выбора являются следующие:

1. Простота содержания и разведения в лабораторных условиях;

2. Возможность генетических манипуляций;

3. Наличие полностью расшифрованного генома;

4. Положение на филогенетическом древе;

5. Особенности строения;

6. Экономическая значимость.

Материалы и методы.

В виду того, что данная статья является обзорной и собирательной различных исследований в области применения Aliivibriofischeri  в качестве модельного организма в биологии, то основные материалы и методы будут включать:

1. Поиск и сбор информации по исследуемому вопросу.

2. Изучение разнообразных источников информации с последующей обработкой и категоризацией.

3. Анализ полученных сведений- анализ собранной информации,

4. Проверка на логичность, достоверность и актуальность.

5. Библеографический метод- подсчет количества сделанных публикаций и контент-анализ. Используется для получения сведение об актуальности темы и уровня ее изученности.

Общая характеристика Aliivibriofischeri 

Aliivibrio fischeri - грамотрицательные, палочковидной формы бактерии, которые обладают свойствами биолюминисценции. Они гетеротрофны, оксидаз положительны, обладают подвижностью за счет однополярных жгутиков [2]. Геном А. fischeri полностью секвенирован и состоит из двух хромосом. Первая хромосома имеет 2,9 миллиона пар оснований, а вторая - 1,3. [5]

A. Fischeri распространены в морской среде умеренного и субтропического климата. A. Fischeri были хорошо изучены как симбионты морских животных. Эти отношения лучше всего охарактеризовали у гавайских бобтейлов-кальмаров (Euprymna scolopes), где A. Fischeri являются единственным видом бактерий, которые населяют световой орган кальмаров. Этот мутуалистический симбиоз функционирует в первую очередь за счет биолюминесценции A. Fischeri [4]

Бактерия V. Fischeri и биолюминисценция 

V. fischeri излучает биолюминесценцию только при плотности клеток выше критического порога. Биолюминесценция - это форма хемилюминесценции, катализируемая ферментами; в отличие от флуоресценции и фосфоресценции, световое излучение не зависит от начального поглощения фотонов. У V. fischeri есть два субстрата: люциферин, который представляет собой восстановленный мононуклеотид флавина (FMNH₂), и длинную цепь (7–16 углерода) жирный альдегид (RCHO), который в своей естественной форме считается тетрадеканалом. Внешний восстановитель действует через флавинмонооксигеназу оксидоредуктазу, катализируя восстановление флавинмононуклеотида (FMN) до FMNH₂. Восстановленный флавин (FMNH₂) связывается с ферментом и реагирует с O₂ с образованием промежуточного соединения 4a-пероксифлавина. Этот комплекс окисляет альдегид с образованием соответствующей кислоты (RCOOH) и высокостабильного промежуточного продукта люцифераза-гидроксифлавин в возбужденном состоянии, который медленно распадается до своего основного состояния, испуская сине-зеленый свет с максимальной интенсивностью около 490 нм:

FMNH2+RCHO+О2→люциферазаFMN+ЧАС2О+RCOOH+час⁢ν(490нм)

Активность системы транспорта электронов необходима для производства восстановленных субстратов, используемых для биолюминесценции. Этот процесс управляется центральными реакциями углеродного и энергетического метаболизма, и любое нарушение этих процессов или самого транспорта электронов влияет на биолюминесценцию. Следовательно, мониторинг изменений биолюминесценции обеспечивает прямую и быструю оценку эффекта возмущающего воздействия (физической силы или химического агента) на метаболизм микробов[6].

Особенности строения генома A. Fischeri, обеспечивающие восприятие кворума

У данного вида бактерий, чувство кворума обеспечивается двумя первичными система[1]. Одна из них Lux система, которая закодирована в опероне lux и использует автоиндуктор 3OC6-HSL. Вторая система, обычно называется Ain-системой, использует аутоиндуктор C8-HSL, который продуцируется белком AinS[3]. Обе системы реагируют на разную клеточную среду. Система ain регулирует транскрипцию в ответ на среду с промежуточной плотностью клеток, производя более низкие уровни люминесценции и даже регулируя метаболические процессы, к примеру переключение ацетата. А система определения кворума lux возникает в ответ на высокую плотность клеток, производя высокие уровни люминесценции и регулируя транскрипцию других генов[3].

Следует отметить, что не мало важным является изучение влияния токсичности ингибиторов кворума (QSI) по отношению к Aliivibrio fischeri и другим бактериям. В настоящее время QSI широко используются в качестве многообещающей альтернативы антибиотикам и привлекают внимание как потенциальные загрязнители [3][5].

Заключение

A. fischeri представляет собой модельный организм для изучения множества важных процессов, включая симбиоз, образование биопленок. [1] V. fischeri (теперь Aliivibrio fischeri ) послужил бактериией, на которой была впервые изучена чувствительность кворума, морской бактерии, которая использует синтазу (LuxI) для выработки видоспецифичного аутоиндуктора (AI), который связывает родственный рецептор (LuxR), регулирующий изменения в экспрессии. Эти системы, получившие название «LuxI / R» кворума, были идентифицированы у многих других видов грамотрицательных бактерий. Данный микроорганизм находит активное применение в научных исследованиях различных областей естествознания: химических, экологических, фармацевтических, геномных, биохимических, биотехнологических и др.

Список используемой литературы

Lupp, C (2003). «Системы определения кворума Vibrio fischeri ain и lux последовательно индуцируют экспрессию гена люминесценции и важны для сохранения в организме хозяина кальмаров» . Mol Microbiol . 50 (1): 319–31.

NCBI taxonomy. Bethesda, MD: National Center for Biotechnology Information. Retrieved 6 December 2017. Other names: genbank synonym: Vibrio fischeri (Beijerinck 1889) Lehmann and Neumann 1896 (Approved Lists 1980) synonym: Vibrio noctiluca Weisglass and Skreb 1963 synonym: Photobacterium fischeri Beijerinck 1889 synonym: Microspira marina (Russell 1892) Migula 1900 synonym: Microspira fischeri (Beijerinck 1889) Chester 1901 synonym: Einheimischer Leuchtbacillus Fischer 1888 synonym: Bacillus phosphorescens indigenus Eisenberg 1891 synonym: Bacillus fischeri (Beijerinck 1889) Trevisan 1889 synonym: Achromobacter fischeri (Beijerinck 1889) Bergey et al. 1930

Studer, Sarah (2008). «Контролькворума AinS регулируетпереключениеацетатаVibrio fischeri» . J Bacteriol . 190 (17): 5915–5923.

Макфолл-Нгай М (2014). «Важность микробов в развитии животных: уроки симбиоза кальмаров и вибрионов - дополнительный материал»

Рубин, ЭГ; Урбановский, М .; Кэмпбелл, Дж .; Данн, А .; Файни, М .; Gunsalus, R .; Lostroh, P .; Lupp, C.; Макканн, Дж. (22 февраля 2005 г.). «Полная последовательность генома Vibrio fischeri: симбиотическая бактерия с патогенными конгенерами». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 102(8): 3004–3009. 

Scheerer S, Gomez F, Lloyd D. Bioluminescence of Vibrio fischeri in continuous culture: optimal conditions for stability and intensity of photoemission. J Microbiol Methods. 2006 Nov;67(2):321-9. doi: 10.1016/j.mimet.2006.04.010. Epub 2006 Jun 5. PMID: 16750278.

Код для цитирования: Скопировать