Dictyostelium – sociálne améby (diktyostelidy): definícia a cyklus
Objavte Dictyostelium – sociálne améby: definícia a životný cyklus, spájanie améb, tvorba plodnice a spór, modelový organizmus pre bunkovú komunikáciu a diferenciáciu.
Diktyostelidy sú skupinou bunkových slizových plesní alebo "sociálnych améb". Ide o veľmi nezvyčajné eukaryotické organizmy, ktoré počas svojho životného cyklu striedajú fázy jednotlivých, jednobunkových améb a dočasne mnohobunkových foriem. Žijú prevažne v pôde a v opadanej hrubšej vrstve organického materiálu, kde sa ako samostatné bunky živia najmä pôdnymi baktériami v procese fágocytózy.
Životný cyklus a sociálne správanie
Za priaznivých podmienok sa améby množia delením. Keď sa však zásoby potravy vyčerpajú, jednotlivé bunky začnú komunikovať a zhromažďovať sa. Tento prechod je jedným z najzaujímavejších javov u diktyostelidov:
- Pri nedostatku potravy niektoré bunky začnú pravidelne uvoľňovať signálnu molekulu (u niektorých druhov ide o cAMP), na ktorú ostatné bunky reagujú chemotaxiou a pohybujú sa smerom k zdroju signálu.
- Améby sa spoja do zhlukov a vytvoria najprv vrchovú štruktúru (mound), neskôr pohyblivú formu nazývanú slimák (pseudoplazmodium alebo "slug"). Slimák má určité predné a zadné rozlíšenie, reaguje na svetlo a teplotné gradienty a dokáže sa sám premiestňovať na vhodnejšie miesto.
- Zo slimáka pri vhodných podmienkach vzniká sporokarp (plodnica) — komplexná štruktúra, na stopke s jednou alebo viacerými guľôčkami spór. Pri tvorbe plodnice sa bunky diferencujú na dve hlavné zložky: bunky tvoriace pevný, odumierajúci stvol a bunky, ktoré sa premenia na spóry.
- Spóry sú neaktívne bunky chránené pevnými bunkovými stenami (obsahujú napr. celulózu), ktoré umožňujú prežitie nepriaznivých podmienok. Keď sa prostredie zlepší a je opäť dostupná potrava, spóry klíčia a uvoľňujú nové améby, ktoré obnovujú jednobunkovú fázu cyklu.
Mechanizmy diferenciácie a komunikácie
Komunikácia medzi bunkami je riadená komplexnými signálnymi dráhami: okrem cAMP sa uplatňujú ďalšie faktory (napríklad DIF — Differentiation Inducing Factor), molekuly ovplyvňujúce rozhodovanie buniek o osude (stalk vs. spóra), a mechanizmy regulujúce počet buniek v rôznych častiach vznikajúcej mnohobunkovej štruktúry. Niektoré bunky sú „altruistické“ — obetujú sa pri tvorbe stonky, čím podporia šírenie sporami ostatných buniek. Tento jav sa študuje v kontexte evolúcie mnohobunkovosti, kin selection a sociálneho správania mikroorganizmov.
Dictyostelium ako modelový organizmus
Dictyostelium (najznámejším druhom je Dictyostelium discoideum) sa používa ako modelový organizmus v molekulárnej biológii a genetike. Dôvody jeho obľuby medzi vedcami sú:
- Jednoduchý, dobre opísaný životný cyklus so zreteľnou prechodnou formou medzi jednobunkovým a mnohobunkovým stavom.
- Možnosť genetických zásahov, mutácií a pozorovania fenotypových účinkov.
- Študuje sa ako príklad bunkovej komunikácie, pohybu a chemotaxie, diferenciácie, programovanej bunkovej smrti a autofyzie pri tvorbe stonky.
- Genóm Dictyostelium discoideum bol sekvenovaný (obsahuje rádovo desiatky megabáz a tisíce génov), čo umožňuje molekulárne a genetické štúdie. Výsledky a zdroje výskumu sú dostupné aj online, napríklad na stránke dictyBase.
Ekologický a evolučný význam
Diktyostelidy zohrávajú v pôdnych ekosystémoch úlohu regulátorov populácií baktérií a sú príkladom prechodu od samostatného života k dočasnej koordinovanej spolupráci. Ich štúdium pomáha pochopiť, ako sa mohli evolvečné tlaky a molekulárne mechanizmy podieľať na vzniku komplexnejších mnohobunkových organizmov.
Pre viac informácií o biológii, genetike a databázach týkajúcich sa diktyostelidov je dostupná rozsiahla literatúra a online zdroje, vrátane špecializovaných databáz ako dictyBase.
Petriho miska Dictyostelium
Životný cyklus Dictyostelium
Agregácia v Dictyostelium
Agregácia améb závisí od signálnej molekuly. Jedna bunka, zakladateľka kolónie, začne vylučovať signál v reakcii na stres. Ostatné bunky tento signál zistia a reagujú dvoma spôsobmi:
- Améba sa pohybuje smerom k signálu.
- Améba vylučuje viac signálu.
Výsledkom je prenos signálu prostredníctvom blízkej populácie améb. Tie sa presunú do oblasti s najvyššou koncentráciou signálu.
Genóm
Celý genóm Dictyostelium discoideum bol uverejnený v časopise Nature v roku 2005. Haploidný genóm obsahuje približne 12 500 génov na šiestich chromozómoch. Pre porovnanie, diploidný ľudský genóm má 20 000 - 25 000 génov (zastúpených dvakrát) na 23 pároch chromozómov.
Pohlavné rozmnožovanie
K pohlavnému vývoju môže dôjsť, keď sú améboidné bunky zbavené bakteriálnej potravy a v tme.
Párenie sa začína gametogenézou. Vznikajú malé, pohyblivé gaméty, ktoré sa spoja a vytvoria malú dvojjadrovú bunku. Objem dvojjadrovej bunky sa potom zväčší a vznikne obrovská dvojjadrová bunka. Ako rast pokračuje, jadrá sa zväčšujú a potom splynú a vytvoria pravú diploidnú zygotu obrovskej bunky. Počas tohto procesu améby podliehajú chemotaxi smerom k povrchu obrovskej bunky. Gigantická bunka zygoty pohltí okolité améby a strávi ich. Potom zygota vytvorí makrocystu, ktorá zostáva určitý čas v pokoji, kým dôjde k vyklíčeniu. Keď makrocysta vyklíči, uvoľní množstvo haploidných améboidných buniek.
Klasifikácia
Dictyostelium discoideum, ktoré bolo prvýkrát objavené v roku 1935 v lese v Severnej Karolíne, bolo najprv zaradené medzi "nižšie huby" a neskôr do ríše Protista a Fungi. Do 90. rokov 20. storočia väčšina vedcov prijala súčasnú klasifikáciu.
Amoebozoa sa v súčasnosti považujú za samostatnú ríšu, ktorá je bližšie príbuzná živočíchom a hubám ako rastlinám.
Modelový hostiteľský organizmus pre Legionellu
Dictyostelium má mnoho spoločných molekulárnych znakov s makrofágmi. Makrofágy sú ľudským hostiteľom legionel. Zloženie cytoskeletu D. discoideum je podobné zloženiu buniek cicavcov. Rovnako aj procesy riadené týmito zložkami, ako sú fagocytóza, obchodovanie s membránami, endocytárny tranzit a triedenie vezikúl. Podobne ako leukocyty, aj D. discoideum má chemotaxiu. Preto je D. discoideum vhodným modelovým systémom na pozorovanie vplyvu faktorov hostiteľskej bunky počas infekcií spôsobených legionelou.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo sú to dictyostelidy?
Odpoveď: Dictyostelidy sú skupinou bunkových slizových foriem alebo "sociálnych améb".
Otázka: Ako sa dictyostelidy rozmnožujú?
Odpoveď: V ťažkých časoch sa dictyostelidy spájajú, aby sa rozmnožili ako plodnice, ktoré produkujú spóry s ochrannými stenami.
Otázka: Sú dictyostelidy jednobunkové alebo mnohobunkové organizmy?
Odpoveď: Dictyostelidy sú jednobunkové aj mnohobunkové. Väčšinu svojho života žijú ako samostatné bunky a potom sa spájajú, aby sa rozmnožili ako viacbunkové plodnice.
Otázka: Čím sa živia diktyostelidy?
Odpoveď: Dictyostelidy sa väčšinou živia pôdnymi baktériami.
Otázka: Čo sa stane, keď sa zásoby potravy pre dictyostelidy vyčerpajú?
Odpoveď: Keď sa zásoby potravy vyčerpajú, dictyostelidy sa spoja a vytvoria akýsi druh slimáka, ktorý dokáže reagovať na svetelné a teplotné rozdiely a pohybovať sa.
Otázka: Čo je sporokarp?
Odpoveď: Sporokarp je plodnica, ktorá drží jednu alebo viac guľôčok spór. Tieto spóry sú neaktívne bunky chránené pevnými bunkovými stenami a stávajú sa novými amébami, keď je k dispozícii potrava.
Otázka: Ako sa študuje dictyostelium?
Odpoveď: Dictyostelium sa používa ako modelový organizmus v molekulárnej biológii a genetike, najmä ako príklad bunkovej komunikácie, diferenciácie a programovanej bunkovej smrti (apoptózy). Výskum Dictyostelium je dostupný online na stránke dictyBase.
Prehľadať