Bakteriální stárnutí - Bacterial senescence

Bakteriální stárnutí nebo bakteriální stárnutí odkazuje na postupný pokles v buněčný funkce jednotlivce bakterie s přibývajícím věkem. Ukazatele stárnutí zahrnují zpomalenou rychlost dělení a zvyšují pravděpodobnost smrti.

Za základní příčinu stárnutí bakterií se považuje akumulace škodlivých složek (faktory stárnutí). Asymetricky se dělící bakterie, jako např Caulobacter crescentus vykazují známky replikativního stárnutí.[1] Výsledky pro symetricky se dělící bakterie jsou jemnější. Například, Escherichia coli, za určitých experimentálních podmínek může vykazovat známky replikativního stárnutí způsobeného jemnou asymetrií v jeho dělení.[2][3][4]

Faktory přispívající ke stárnutí

Faktory stárnutí lze definovat jako nenapravitelné poškození buněčných složek, které v konečném důsledku přispívají ke snížené kondici jednotlivce, který je ukrývá. Mezi domnělé faktory stárnutí patří poškozené řetězce DNA, starý materiál na povrchu buněk a nesprávně složený nebo agregovaný protein. Buněčné póly replikace E-coli jsou často používány jako zástupci faktorů stárnutí, protože každá bakterie dědí starý buněčný pól (mateřský pól) a nově syntetizovaný nový buněčný pól. Nedávno bylo prokázáno, že inkluzní tělíska, množství agregovaných poškozených nebo nesprávně složených proteinů, přispívají ke stárnutí buněčných organismů[Citace je zapotřebí ].

Předpokládá se, že senescence v jednobuněčných organismech vzniká asymetrickým rozdělením faktorů stárnutí mezi dceřinými buňkami. Již dlouho se tvrdí, že z teoretických důvodů by preferenční segregace poškození jednobuněčných organismů přispěla ke zdatnosti celkové populace.[5][6] Jednobuněčný eukaryotický organismus, Saccharomyces cerevisiae, zachovává škodlivé faktory stárnutí v mateřské buňce vedoucí k omlazení dcery.[7]

Stárnutí v asymetricky se dělících bakteriích

Dobře zavedeným příkladem bakteriálního stárnutí je Caulobacter crescentus. Tato bakterie začíná svůj život jako pohyblivá buňka swarmer. Jakmile nalezne vhodný substrát, buňka roje se diferencuje na nepohyblivou stopkovanou buňku. Sledovaná buňka se poté stává reprodukčně aktivní a vytváří nové buňky swarmer. Bylo prokázáno, že počet potomků produkovaných za hodinu jednotlivými buňkami swarmeru s věkem klesá.[1] Toto byl první důkaz bakteriálního stárnutí.[8]

Stárnutí v symetricky se dělících bakteriích

Organismy, které se replikují prostřednictvím symetrického dělení, jako např E-coli, jsou považovány za nesmrtelné.[9] Sledováním dědičnosti nového i starého pólu buněk však byly v roce nalezeny důkazy o stárnutí E-coli. Bylo prokázáno, že buňka, která postupně zdědila starý pól buňky, vykazuje výrazně sníženou rychlost růstu.[2] Pokles rychlosti růstu u Stewart et al. se zdá být alespoň částečně přičítána preferenční lokalizaci inkluzních těl poblíž staré buněčné stěny.[3] Tato lokalizace je považována za pasivní výsledek pomalé difúze velkého agregátu a vyloučení agregátu nukleoidem.[10] Bylo zjištěno, že podobný mechanismus stárnutí se vyskytuje v Schizosaccharomyces pombe, který se dělí prostřednictvím symetrického binárního štěpení.[11]

Původní nálezy z E-coli stárnutí byly částečně vyvráceny novějšími studiemi založenými na mikrofluidice, v nichž jedinec E-coli vykazovaly konstantní rychlost růstu pro stovky po sobě jdoucích buněčných dělení, i když míra úmrtí se zvyšovala v každém dělení buněk.[4] Tento nesoulad může být způsoben různými kultivačními metodami použitými ve dvou studiích, tj. Růstem na agarových polštářcích vs. v mikrofludickém zařízení.

Viz také

Reference

  1. ^ A b Ackermann, M .; Stearns, S. C .; Jenal, U. (2003). "Senescence v bakterii s asymetrickým rozdělením". Věda. 300 (5627): 1920. doi:10.1126 / science.1083532. PMID  12817142.
  2. ^ A b Stewart, E. J .; Madden, R .; Paul, G .; Taddei, F. (2005). „Stárnutí a smrt v organismu, který se reprodukuje morfologicky symetrickým rozdělením“. PLoS Biology. 3 (2): e45. doi:10.1371 / journal.pbio.0030045. PMC  546039. PMID  15685293.
  3. ^ A b Lindner, A. B .; Madden, R .; Demarez, A .; Stewart, E. J .; Taddei, F. (2008). „Asymetrická segregace proteinových agregátů je spojena s buněčným stárnutím a omlazením“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 105 (8): 3076–3081. Bibcode:2008PNAS..105 3076L. doi:10.1073 / pnas.0708931105. PMC  2268587. PMID  18287048.
  4. ^ A b Wang, Ping; Lydia Robert; James Pelletier; Wei Lien Dang; Francois Taddei; Andrew Wright; Suckjoon Jun (2010). "Robustní růst E. coli". Aktuální biologie. 20 (12): 1099–103. doi:10.1016 / j.cub.2010.04.045. PMC  2902570. PMID  20537537.
  5. ^ Watve, Milind; Parab, S .; Jogdand, P .; Keni, S. (říjen 2006). „Stárnutí může být podmíněnou strategickou volbou a není nevyhnutelným výsledkem pro bakterie.“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 103 (40): 14831–5. Bibcode:2006PNAS..10314831W. doi:10.1073 / pnas.0606499103. PMC  1595437. PMID  17001004.
  6. ^ Kirkwood, T. B. L. (1981). Oprava a její vývoj: přežití versus reprodukce. Fyziologická ekologie; evoluční přístup k využívání zdrojů.
  7. ^ Aguilaniu, H .; Gustafsson, L .; Rigoulet, M .; Nystroem, T. (2003). „Asymetrická dědičnost oxidačně poškozených proteinů během cytokineze“. Věda. 299 (5613): 1751–1753. Bibcode:2003Sci ... 299.1751A. doi:10.1126 / science.1080418. PMID  12610228.
  8. ^ Nystroem, T (2007). „Bakteriální druh stárnutí“. Genetika PLOS. 3 (12): 2355–2357. doi:10.1371 / journal.pgen.0030224. PMC  2134940. PMID  18085827.
  9. ^ Moseley, J. B. (2013). "Buněčné stárnutí: Symetrie se vyhýbá stárnutí". Aktuální biologie. 23 (19): R871 – R873. doi:10.1016 / j.cub.2013.08.013. PMC  4276399. PMID  24112980.
  10. ^ Coquel, A.-S .; Jacob, J.-P .; Primet, M .; Demarez, A .; Dimiccoli, M .; Julou, T .; et al. (2013). „Lokalizace agregace proteinů u Escherichia coli je řízena difúzí a efektem makromolekulárního shlukování nukleoidů“. PLOS výpočetní biologie. 9 (4): 4. arXiv:1303.1904. Bibcode:2013PLSCB ... 9E3038C. doi:10.1371 / journal.pcbi.1003038. PMC  3636022. PMID  23633942.
  11. ^ Coelho, M .; Dereli, A .; Haese, A .; Kühn, S .; Malinovska, L. (2013). „Štěpné kvasinky nestárnou za příznivých podmínek, ale po stresu“. Aktuální biologie. 23 (19): 1844–52. doi:10.1016 / j.cub.2013.07.084. PMC  4620659. PMID  24035542.