Кинетическая теория подвижности и хемотаксиса бактерий и ее практические приложения

• Автор: Завальский, Леонид Юлианович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 254 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

РАЗДЕЛ НАЗВАНИЕ Стр.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ПРЕДИСЛОВИЕ

1.1 Движение бактерий

1.2 Строение бактериальных жгутиков

1.3 Энергоснабжение бактериальных жгутиков

1.4 Структура и особенности вращения флагелл.

1.5 Феноменология хемотаксиса бактерий.

1.6 Структура и молекулярная организация механизма
бактериального хемотаксиса
1.7 Математическое моделирование бактериальной
подвижности и хемотаксиса
СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1 Условия культивирования подвижных бактерий
2.2 Среды для исследования хемотаксиса
2.3 Капиллярный метод
2.4 Метод исследования на поверхности полужидкого агара
2.5 Метод исследования в гелеобразных средах
2.6 Денситометрический метод
2.7 Свободнопроточный метод
2.8 Проточноколоночный метод исследования хемотаксиса
в пористых средах
2.9 Световая микроскопия
2. Использование лазерного светорассеяния для изучения
миграции бактерий
1 Комбинированные методы
ГЛАВА 3 ИНТЕГРОДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЛ КИНЕТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ ПОДВИЖНОСТИ И ХЕМОТАКСИСА
3.1 Цели математического моделирования
3.2 Модель движения отдельной клетки
3.3 Кинетическая модель и ее диффузионное приближение
3.4 Второе приближение кинетической модели
3.5 Перспективы математического моделирования
хемотаксиса бактерий
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
4.1 Влияние температуры
4.2 Роль вязкости
4.3 Связь хемотаксиса с другими системами бактериальной
4.3.1 Влияние ультрафиолетового облучения на подвижность и
хемотаксис бактерий
4.3.2 Корреляционная связь энтомопатогенной и
хемотакснчсской активности штаммов .ii.i
4.4 Структура бактериальных полос в деиситометрических
исследованиях
4.4.1 Образование и скорости миграции бактериальных полос
4.4.2 Распространение бактериальных фронтов в условиях
метаболизируемого и неметаболизируемого субстрата
4.5 Быстрый хемотаксис бактерий в пористых средах
4.6 Особенности поведения бактерий на границе сред
4.7 Использование хемотаксиса бактерий в качестве тест
системы для определения присутствия в среде концентраций химически активных веществ
4.8 Экспрессанализ окружающей среды с использованием
системы хемотаксиса бактерий
4.9 Использование хемотаксиса бактерий для определения
концентрации антибиотиков
ГЛАВА 5 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭВОЛЮЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ
ХЕМОТАКСИСА БАКТЕРИЙ. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
5.1 Взаимодействие с окружающей средой
5.2 Внутривидовое и межвидовое взаимодействие
5.3 Роль хемотаксиса в образовании биопленок
5.4 Взаимодействие с растениями
5.5 Взаимодействие с высшими животными формами
5.6 Хемотаксис бактерий как простейшая модель
межклеточного взаимодействия клеток
5.7 Миграция микробных популяций и образование
минералов
5.8 Хемотаксис и эволюция живых форм
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ
СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


В результате часть бактерий прилипала единственной флагеллой к поверхности стекла в местах адгезии антител, и их флагеллы оказывались иммобилизованными. Наблюдение за прилипшими клетками показало, что их движение представляет собой вращение относительно неподвижной флагеллы. В той же работе Сильвермана и Саймона приведены данные экспериментов, выполненных с мутантами, имеющими прямые филаменты, к которым прикреплялись с помощью флагеллиновых антител частицы латекса. При микроскопических наблюдениях несколько частиц латекса, прикрепленных к одной флагсллс, вращались вокруг общей оси. Это также подтверждает гипотезу Берга и Андерсона. Выводы Сильвермана и Саймона получили дополнительное подтверждение в работах Глаголева Глаголев, , . Чтобы исключить все возможности альтернативных интерпретаций результатов Сильвермана и Саймона, в экспериментах Глаголев использовал штамм . АIV, клетки которого часто принимают форму полумесяца. Для иммобилизации клеток был использован тот факт, что в растворе ОЛМ КС1 некоторые клетки прикрепляются флагеллами к предметному стеклу микроскопа и без флагеллиновых антител. Наблюдения за движением асимметричной клетки позволили исключить все альтернативные интерпретации наблюдаемой картины. Иммобилизованные клетки действительно вращаются относительно прикрепленных к стеклу флагелл. Сильверман и Саймон iv М. i, наблюдали также вращение поликрюкового мутанта . Такие мутанты не способны синтезировать флагеллин и, следовательно, собирать филаменты, но они обладают ненормально длинными крюками. Используя антитела на белок, входящий в состав крюка, авторам удалось иммобилизовать мутантные клетки и наблюдать их вращение. Таким образом, экпериментальные данные убедительно свидетельствуют в пользу гипотезы Берга и Андерсона. Бактериальные жгутики флагеллы осуществляют только чисто вращательное движение. Независимо от того, какой механизм инициирует это вращение, внешняя спиральная часть флагеллы филамент выполняет лишь пассивную роль движителя, в некотором смысле подобного судовому винту. Приведенные выше результаты получены на бактериях, жгутики которых, а точнее их спиральные части филаменты непосредственно контактируют с внешней средой. Более сложная проблема возникает в случае таких грамотрицательных бактерий, у которых филаменты жгутиков дополнительно заключены в оболочку, представляющую собой продолжение клеточной стенки. Так, по данным Аллена и Баунманна , , у таких бактерий как Vii ivii, vii . . .i но покрытого мембраной, являющейся непрерывным продолжением внешней мембраны клеточной стенки. Электронные микрофотографии интактных жгугиков . iii , указывают на их спиральную форму с постоянной длиной волны и амплитудой. Структура базального тела жгутиков этих бактерий полностью однотипна со структурой базального тела жгутика . Присутствуют две пары колец Ди у и Р, однако соотнесение их со слоями клеточной стенки, естественно, несколько иное, чем у бактерий со свободными филаментами. Сложность интерпретации характера движения жгутика, покрытого мембранной оболочкой, связана с тем, что при его вращении внутри плотно прилегающего к филаменту чехла, составляющего единое целое с внешней мембраной клетки, внешний футляр, как кажется на первый взгляд, должен был бы препятствовать свободному вращению сердечника. Было предложено несколько возможных объяснений того, каким образом жгутик мог бы нормально функционировать в качестве вращающегося движителя клетки в столь необычной ситуации. В одной из таких моделей предполагается, что сердечник филамент жестко связан с чехлом и вращается со своей оболочкой как единое целое. В этом случае свойства внешней мембраны должны допускать возникновение в основании филамента жгутика текучей граничной зоны, в которой различные участки мембраны могут свободно смещаться друг относительно друга при сохранении общей целостности мембраны.