Бактерии как и растения имеют: Строение бактерий

Содержание

Растения предотвратили дисбиоз в своих листьях

Количество бактерий внутри листьев резуховидки, у которой из-за мутаций нарушены некоторые пути иммунитета против патогенов, снижено. Разнообразие такой микробиоты также невелико, и основную ее часть составляют протеобактерии. Эти микроорганизмы не дают другим видам бактерий расти и вызывают снижение биомассы и пожелтение листьев резуховидки. Нарушение баланса микробиоты напоминает дисбиоз человека. В норме у растений существует иммунный механизм защиты от протеобактерий, который защищает их от дисбиоза, — к такому выводу пришли авторы работы, опубликованной в журнале Nature.

В надземной части растений живет разнообразное сообщество микроорганизмов. Это как эпифиты — бактерии, которые существуют на поверхности, — так и эндофиты, которые проникают внутрь листьев. Хорошо изучена роль микробиоты корней в жизни растений, а вклад сообщества бактерий надземной части во многом остается неясным. Например, непонятно, насколько растения могут влиять на свою микробиоту, в том числе на ее состав. Известно, что строение микробиома листьев зависит от генотипа растения, но остается открытым вопрос, как это связано со здоровьем растений и каковы механизмы регуляции взаимоотношений бактерий и их хозяев.

Ученые из Китая и США под руководством Хэ Шеньяна (Sheng Yang He) из Университета штата Мичиган изучили состав микробиоты и его влияние на здоровье резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), мутантных по четырем генам (min7, fs2, efr и cerk1). У таких растений нарушен иммунитет, активируемый молекулярными структурами патогенов, и один из путей транспорта везикул. В предыдущем исследовании ученые обнаружили, что у таких мутантов меняется состав микробиоты внутри листьев, а сами листья желтеют.

Состав микроорганизмов изучали с помощью секвенирования генов бактериальной рибосомальной РНК (16S рРНК) либо в целом листьях, либо только внутри них — для этого поверхность листьев стерилизовали, уничтожая таким образом всех эпифитов.

Оказалось, что у мутантных резуховидок значительно снижено количество бактерий внутри листьев (p < 0,0001), а также их разнообразие. Основой сообщества эндофитов стали протеобактерии. Такие изменения напоминают дисбиоз, который возникает у человека при воспалительных заболеваниях кишечника. По аналогии исследователи предположили, что изменения микробиома растений может быть первично причиной хлороза (пожелтения) листьев мутантных A. thaliana.

Когда растения вырастили в стерильных условиях, мутанты оказались здоровыми. Если же нормальным резуховидкам пересаживали микробиоту мутантных растений, в которой было много протеобактерий, биомасса растений снижалась, а листья желтели. Вероятно, дисбаланс микробиома и вызывает хлороз. Чтобы выяснить, как именно это происходит и какие бактерии виноваты, ученые выращивали разные виды растительных бактерий парами в культуре, а затем пересаживали их в листья растений. Оказалось, что некоторые штаммы протеобактерий подавляют рост других микроорганизмов. Авторы сделали вывод, что в норме иммунная система растений подавляет развитие протеобактерий, но у мутантов этот механизм не работает, колония протеобактерий растет и вытесняет другие виды.

Бактерии растений имеют значение и для человека, например, если это плодовые культуры. Так, яблоки, которые выращивают органическим способом, полезнее из-за того, что состав микробиоты в таких плодах отличается от обычных. Растения тоже учатся получать выгоду от микробов — например, бактерии насекомоядной дарлингтонии помогают ей охотиться.

Алиса Бахарева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Вирусы и бактерии — найди разницу. Чем опасны, чем полезны и как с ними бороться.

Чтобы понять разницу, нужно подробнее рассмотреть суть и виды обоих понятий. Из чего состоят, как взаимодействуют с другими, чем опасны и чем полезны. Самое короткое объяснение: бактерии — это клетки, вирусы — полноценные организмы. Первые способны жить самостоятельно, а вот вторые — паразиты, погибающие без хозяина.

Что такое бактерия: состав, питание, размножение 

Чаще всего бактерии являются одноклеточными. Их клетка содержит РНК или ДНК, плавающие в воде, которая заполняет внутреннее пространство на 70-80%. Это содержимое обычно удерживается оболочкой — клеточной стенкой. «Одиночки» способны собираться в группы, порой весьма многочисленные, приклеиваясь к стенкам друг друга.

Различают три способа питания бактерий. Так они называются сапротрофами, паразитами или симбионтами. Сапротрофы — падальщики, живущие за счет отмершей органики. Паразиты питаются за счет своего живого носителя, а вот симбионты сосуществуют вместе с ним.

Стандартный метод размножения — так называемое деление, способ, не требующий полового различия. При благоприятных условиях оно происходит весьма стремительно.

Вирусы: состав, питание, размножение

Все известные вирусы (не бактерии) являются паразитами, то есть питаются за счет живого существа, в котором поселились. Жить в отсутствие организма-носителя могут недолго, срок зависит от условий окружающей среды. При потере прежнего «уютного домика» паразит подыскивает себе другого хозяина, чтобы продолжать питаться и размножаться.

Одиночное существование не является возможным, так как у этих микроорганизмов отсутствует клеточная оболочка. Отсутствие собственных белков компенсируется свободным использованием клеток организма-хозяина. Это и еда, и транспортное средство, и материал, чтобы воспроизводить копии. Вне живой клетки размножения не происходит, а питание затруднительно.

Каждый из них содержит сложные молекулы ДНК и/или РНК. Эти молекулы имеют «память» и способны переносить информацию на будущие поколения. Каждое последующее поколение может воспроизводить молекулы с мутациями разной степени. Именно это позволяет адаптироваться к изменениям. Вирусы — великолепный пример эволюции внутри вида, базирующийся на выборе самого выгодного и перспективного варианта мутации.

Принцип борьбы с вирусными заболеваниями

Разрушение не имеющего оболочки организма-паразита внутри живого носителя представляется весьма сложной задачей. Потому лечение само по себе не является эффективным. Носитель может избавиться от паразита с помощью иммунной системы. Иммунитет работает по принципу памяти. Клетки записывают каждое нарушение и способ, благодаря чему было устранено несоответствие. «Воспоминания» позволяют выбрать способ подавления размножения организмов-чужаков или заблокировать возможность вносить изменения в свой белок.

На примере человека это выглядит как накопление иммунитета в детстве. Почти каждый ребенок в возрасте от 2 до 9 лет много болеет. Перенесенные болезни оставляют информацию о себе. Впоследствии организм, заметив патологию, просто «поднимает архивы» перенесенных заболеваний и использует наиболее эффективный метод борьбы с вирусами.

На этом принципе построена вакцинация. Намеренное заражение ослабленными в лабораторных условиях микроорганизмами дает возможность клеткам справиться с повторной атакой. Опытный иммунитет распознает знакомые данные и превентивно наносит удар.

Для борьбы с незнакомым вирусом приходится перебирать все известные способы отторжения чужих микроорганизмов. Чем сильнее иммунитет, тем эффективнее он сопротивляется. Внутренняя «система безопасности» пробует блокировать размножение чужеродных ДНК-РНК, не допуская их связи со своими белками. Этот принцип может сослужить и плохую службу. Когда дает сбой система распознавания своих и чужих клеток, организм может начать бороться с собственными. Такой процесс называется аутоиммунным заболеванием.

Принцип борьбы с бактериальными инфекциями

Изучили вирусы, а теперь обсудим бактерии. С одноклеточными бороться гораздо проще, для их уничтожения были созданы антибиотики. Принцип действия антибиотика заключается в разрушении оболочки, той самой клеточной стенки, что удерживает вредоносное содержимое. Минус этого способа в том, что «агрессор» не различает своих-чужих и рубит все головы подряд. При использовании антибиотиков погибают и вредоносные организмы, и родные, которые являются частью микрофлоры. Следствием подавления бактериальной активности является общее снижение иммунитета.

Есть второй способ воздействия антибиотических препаратов — нарушение состава внутренней части клеточных организмов. Методика влияния тоже не отличает вражеские бактерии от дружественных, результат соответствующий — падение работоспособности иммунитета.

Вирусы и бактерии: можно ли одновременно болеть двумя инфекциями?

Ответ однозначен: да. Некоторые инфекционные заболевания в принципе не проходят. Например, герпес способен спокойно сосуществовать в организме хозяина наряду со множеством бактерий, никак не мешая их размножению.

Иногда бактерии и вирусы борются друг против друга. Конкуренция происходит на уровне молекул, когда бактерия просто не дает вирусу перезаписывать свою РНК или ДНК в белок клетки. Чаще всего это часть собственной микрофлоры, которая запрограммирована на защиту. В самых интересных случаях это болезнетворные бактерии, которые при взаимодействии с вирусом взаимоослабляют друг друга

В борьбе с инфекциями организм ослабляется, поэтому после выздоровления следует оберегать его. Рацион, богатый витаминами, аминокислотами и белками поможет быстрее восстановить иммунитет и подготовить к следующей атаке.

Biology4Kids.com: Микроорганизмы: Бактерии

Бактерии — простейшие существа, считающиеся живыми. Бактерии есть везде. Они в хлебе, который вы едите, в почве, на которой растут растения, и даже внутри вас. Это очень простые клетки, относящиеся к категории прокариотических. Это слово означает, что у них нет организованного ядра. Бактерии — это маленькие одиночные клетки, вся цель жизни которых — размножаться.

Хорошо. Итак, мы говорили вам, что у них нет организованного ядра. Истинный. У них есть ДНК. Он сгруппирован в области под названием нуклеоид . У них есть клеточные мембраны, как и у других клеток, и даже защитная клеточная стенка. Имейте в виду, их клеточная стенка не похожа на клеточную стенку растения. Это особый вид бактерий для защиты. У них нет никаких органелл, только рибосомы . (Это все характеристики прокариот, если вы помните.)

Очень маленький. Очень, очень маленький. Возможно, вы видели фотографии некоторых бактерий. Поскольку мы не знаем, что вы видели, мы скажем вам, что существует три основных формы. Сферические бактерии имеют форму маленьких сфер или шариков. Обычно они образуют цепочки клеток, похожие на ряды кругов. Палочковидные бактерии выглядят как E. coli , живущие в вашем кишечнике. Вы можете представить себе группу бактерий, которые выглядят как хот-доги. Они могут создавать цепочки, как набор связанных сосисок. Бактерии в форме спирали немного закручиваются. Подумайте о животных из воздушных шаров для этих форм. Это похоже на воздушное животное в форме штопора.

Все виды вещей. Извините, что так расплывчато, но они делают почти все. Некоторые помогают растениям поглощать азот (N) из почвы. Некоторые вызывают такие заболевания, как ботулизм. Некоторые бактерии даже живут в желудках коров, помогая им расщеплять целлюлозу. Коровы сами по себе могут переваривать траву и растения примерно так же хорошо, как и мы. Они не получают много питательных веществ из растений и не могут расщеплять целлюлозу . С помощью этих супербактерий целлюлоза может расщепляться на сахара, а затем высвобождать всю необходимую им энергию. Представьте, если бы ученые смогли разработать бактерии, которые могли бы жить внутри нас и разрушать растения. Это было бы что-то. Мы могли бы есть траву и листья в течение всего дня.

► СЛЕДУЮЩАЯ СТРАНИЦА О МИКРООРГАНИЗМАХ
► ВЕРНУТЬСЯ НА НАЧАЛО СТРАНИЦЫ

► Или выполните поиск по сайтам…

Бактерии: производители энергии будущего (видео US-NSF)

Encyclopedia.com:
http://en.wikipedia.org/wiki/Bacteria
Британская энциклопедия:
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/48203/bacteria

Обзор
Прокариоты
Эукариоты
Вирусы
Бактерии
Простейшие I
Простейшие II
Грибы
Лишайник
Хорошие микробы
Плохие микробы
Люди и микробы
Дополнительные темы

Восприятие пептидогликана растениями — PMC

1.
Ausubel FM (2005) Сохраняются ли врожденные иммунные сигнальные пути у растений и животных?
Нат Иммунол
6: 973–979.
[PubMed] [Google Scholar]

2.
Джонс Дж. Д., Дангл Дж. Л. (2006) Иммунная система растений. Природа
444: 323–329.
[PubMed] [Google Scholar]

3.
Zipfel C (2014) Рецепторы распознавания образов растений. Тренды Иммунол
35: 345–351. 10.1016/j.it.2014.05.004
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

4.
Трда Л., Бутро Ф., Клавери Дж., Брюле Д., Дори С. и др. (2015) Восприятие патогенных или полезных бактерий и их уклонение от иммунитета хозяина: рецепторы распознавания образов на передовой. Передняя наука о растениях
6: 21910.3389/fpls.2015.00219
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

5.
Бем Х., Альберт И., Фан Л., Рейнхард А., Нюрнбергер Т. (2014) Иммунные рецепторные комплексы на поверхности растительных клеток. Карр Опин Растение Биол
20: 47–54. 10.1016/j.pbi.2014.04.007
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

6.
Дворкин Дж. (2014) Среда — это сообщение: передача сигналов между видами и царствами с помощью пептидогликана и родственных бактериальных гликанов. Анну Рев Микробиол
68: 137–154. 10.1146/аннурев-микро-091213-112844
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

7.
Bertsche U, Mayer C, Götz F, Gust AA (2015) Восприятие пептидогликана — распознавание бактерий по их общей структуре оболочки. Int J Med Microbiol
305: 217–223. 10.1016/j.ijmm.2014.12.019
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

8.
Феликс Г., Боллер Т. (2003)Молекулярное зондирование бактерий в растениях. Высококонсервативный РНК-связывающий мотив RNP-1 бактериальных белков холодового шока распознается в табаке как элиситорный сигнал. J Биол Хим
278: 6201–6208.
[PubMed] [Академия Google]

9.
Эрбс Г., Силипо А., Аслам С., Де Кастро С., Липароти В. и др. (2008)Пептидогликан и муропептиды патогенов Agrobacterium и Xanthomonas вызывают врожденный иммунитет растений: структура и активность. Химия Биол
15: 438–448. 10.1016/ж.химбиол. 2008.03.017
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

10.
Густ А.А., Бисвас Р., Ленц Х.Д., Раухут Т., Ранф С. и соавт. (2007) Бактериальные пептидогликаны представляют собой ассоциированные с патогенами молекулярные паттерны, запускающие врожденный иммунитет у арабидопсиса. J Биол Хим
282: 32338–32348.
[PubMed] [Академия Google]

11.
Милле Ю.А., Данна Ч., Клей Н.К., Сонгнуан В., Саймон М.Д. и др. (2010) Врожденные иммунные ответы активируются в корнях арабидопсиса молекулярными паттернами, связанными с микробами. Растительная клетка
22: 973–990. 10.1105/тпк.109.069658
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

12.
Liu B, Li JF, Ao Y, Qu J, Li Z и др. (2012) Белки LYP4 и LYP6, содержащие мотив лизина, играют двойную роль в восприятии пептидогликана и хитина при врожденном иммунитете риса. Растительная клетка
24: 3406–3419.
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

13.
Нгуен Х.П., Чакраварти С., Веласкес А.С., Маклейн Х.Л., Зенг Л. и др. (2010) Методы изучения иммунитета, запускаемого PAMP, с использованием помидоров и Nicotiana benthamiana. Mol Plant Microbe Interact
23: 991–999. 10.1094/МПМИ-23-8-0991
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

14.
Маекава Т., Куфер Т.А., Шульце-Леферт П. (2011)Функции NLR в иммунной системе растений и животных: так далеко и все же так близко. Нат Иммунол
12: 817–826. 10.1038/№2083
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

15.
Gust AA, Willmann R, Desaki Y, Grabherr HM, Nürnberger T (2012)Растительные белки LysM: модули, опосредующие симбиоз и иммунитет. Тенденции Растениеводство
17:495–502. 10.1016/j.tрастения.2012.04.003
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

16.
Buist G, Steen A, Kok J, Kuipers OR (2008) LysM, широко распространенный белковый мотив для связывания с (пептидо)гликанами. Мол Микробиол
68: 838–847. 10.1111/j.1365-2958.2008.06211.x
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

17.
Уиллманн Р., Лаюнен Х.М., Эрбс Г., Ньюман М.А., Колб Д. и соавт. (2011)Белки с лизиновым мотивом арабидопсиса LYM1 LYM3 CERK1 опосредуют чувствительность бактериального пептидогликана и иммунитет к бактериальной инфекции. Proc Natl Acad Sci U S A
108: 19824–19829. 10.1073/пнас.1112862108
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

18.
Ао Ю, Ли З, Фэн Д, Сюн Ф, Лю Дж и др. (2014) OsCERK1 и OsRLCK176 играют важную роль в передаче сигналов пептидогликана и хитина во врожденном иммунитете риса. Завод J
80: 1072–1084. 10.1111/tpj.12710
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

19.
Park JW, Kim CH, Kim JH, Je BR, Roh KB и др. (2007) Кластеризация белка распознавания пептидогликана-SA необходима для распознавания пептидогликана лизинового типа у насекомых. Proc Natl Acad Sci U S A
104: 6602–6607.
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

20.
Wong JE, Midtgaard SR, Gysel K, Thygesen MB, Sorensen KK, et al. (2015) Механизм межмолекулярного связывания с участием нескольких доменов LysM опосредует распознавание углеводов эндопептидазой. Acta Crystallogr D Биол Кристаллогр
71: 592–605. 10.1107/S139

1402793X
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

21.
Санчес-Валлет А., Салим-Батча Р., Комбринк А., Хансен Г., Валкенбург Д. Д. и др. (2013) Грибковый эффектор Ecp6 превосходит иммунный рецептор хозяина за связывание хитина посредством внутрицепочечной димеризации LysM. Элиф
2: e00790
10.7554/eLife.00790
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

22.
Le MH, Cao Y, Zhang XC, Stacey G (2014) LIK1, киназа, взаимодействующая с CERK1, регулирует иммунные реакции растений у арабидопсиса. ПЛОС ОДИН
9: е102245
10.1371/журнал.поне.0102245
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

23.
Cao Y, Liang Y, Tanaka K, Nguyen CT, Jedrzejczak RP, et al. (2014)Киназа LYK5 является основным рецептором хитина у арабидопсиса и образует хитин-индуцированный комплекс с родственной киназой CERK1. Элиф
3: e03766. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

24.
Wan J, Tanaka K, Zhang XC, Son GH, Brechenmacher L, et al. (2012) LYK4, киназа, подобная рецептору лизинового мотива, важна для передачи сигналов хитина и врожденного иммунитета растений у арабидопсиса. Завод Физиол
160: 396–406. 10.1104/стр.112.201699
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

25.
Ямагучи К., Ямада К., Исикава К., Йошимура С., Хаяши Н. и др. (2013)Рецептороподобная цитоплазматическая киназа, нацеленная на эффектор растительного патогена, непосредственно фосфорилируется хитиновым рецептором и опосредует иммунитет риса. Клеточный микроб-хозяин
13: 347–357. 10.1016/ж.чом.2013.02.007
[PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

26.
Шинья Т., Ямагучи К., Десаки Ю., Ямада К., Нарисава Т. и др. (2014)Селективная регуляция хитин-индуцированного защитного ответа цитоплазматической киназой PBL27, подобной рецептору арабидопсиса. Завод J
79: 56–66. 10.1111/tpj.12535
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

27.
Чжан Дж., Ли В., Сян Т., Лю З., Лалук К. и др. (2010) Рецептороподобные цитоплазматические киназы интегрируют передачу сигналов от множественных иммунных рецепторов растений и являются мишенью эффектора Pseudomonas syringae. Клеточный микроб-хозяин
7:290–301. 10.1016/ж.чом.2010.03.007
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

28.
Дэвис К.М., Накамура С., Вейзер Дж.Н. (2011)Обнаружение Nod2 пептидогликана, переваренного лизоцимом, способствует привлечению макрофагов и удалению колонизации S. pneumoniae у мышей. Джей Клин Инвест
121: 3666–3676. 10.1172/JCI57761
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

29.
Liu X, Grabherr HM, Willmann R, Kolb D, Brunner F, et al. (2014) Разложение бактериальной клеточной стенки, вызванное хозяином, опосредует запускаемый паттерном иммунитет у арабидопсиса. Элиф
3: e01990. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

30.
Сигана С., Куркуру Л., Леоне М.Р., Йерано Т., Лоре Н.И. и др. (2009) Pseudomonas aeruginosa использует модификацию липида А и муропептидов в качестве стратегии снижения врожденного иммунитета при муковисцидозе легких. ПЛОС ОДИН
4: e8439
10.1371/journal.pone.0008439
[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

31.
Бера А. , Герберт С., Якоб А., Фоллмер В., Гётц Ф. (2005) Почему патогенные стафилококки так устойчивы к лизоциму? пептидогликан O -ацетилтрансфераза OatA является основной детерминантой устойчивости к лизоциму Staphylococcus aureus
. Мол Микробиол
55: 778–787.
[PubMed] [Google Scholar]

32.
Callewaert L, Van Herreweghe JM, Vanderkelen L, Leysen S, Voet A, et al. (2012) Стражи великой стены: ингибиторы бактериального лизоцима. Тенденции микробиол
20: 501–510. 10.1016/j.tim.2012.06.005
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

33.
Комбринк А., Санчес-Валлет А., Томма Б.П. (2011)Роль обнаружения хитина во взаимодействиях растений и патогенов. микробы заражают
13: 1168–1176. 10.1016/j.micinf.2011.07.010
[PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

34.
Rovenich H, Boshoven JC, Thomma BP (2014) Эффекторные функции нитчатых патогенов: патогенов, хозяев и микробиомов. Карр Опин Растение Биол
20: 96–103. 10.1016/j.pbi.2014.05.001
[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

35.