Pohyb buňky Úvod: Pohyb je odpovědí na: gradient chemické látky, teplotu, světlo, gravitaci, kyslíkový gradient. Schopnost pohybu a jeho rychlost závisí na přítomnosti bičíků, počtu bičíků, lokalizaci bičíků (peritricha reagují nejpomaleji), viskozitě prostředí, gradientu koncentrace atraktantů a inhibičních látek, na paměti buňky (žádný pohyb nesmí trvat dlouho, pro správnou reakci musí buňka reagovat na aktuální podnět – krátkodobá paměť receptorů) . Rozmezí rychlosti: 1-100 μm/s Bičík - semirigidní vláknitá struktura, globulární bílkovina flagelin, tloušťka 13-20nm - vlákno je flagelárním antigenem, specifické bílkoviny; tvorba samouspořádáváním - začíná v cytoplazmatické membráně; proti eukaryotním bičíkům: jiná stavba, jiné bílkoviny, pohyb není vlnění, primární pohyb je rotační, donorem energie není ATP ale proud H^+,hnací síla: protonmotivní síla (proud H^+) (Vibrio Na^+) - stavba: bazální tělísko (G- 4 kruhy, G+ 2kruhy), háček, vlákno - bičíky snadno odstranitelné skleněnou tyčinkou - při pohybu se bičíky nezamotají díky náboji; pohyb dopředu: proti směru hodinových ručiček, buňku tlačí před sebou, rozmotání bičíků: točení na místě - chemotaxe: regulace MCP systémem – po vazbě atraktantu chemické modifikace proteinů membrány: de- a fosforylace a demethylace Rotor: 6-17 tis.otáček/min Vlákno: 200-1 000 ot/min Nerotuje konst.rychle Průměrná rychlost: 20-90μm/s 60x délka buňky/s Gepard: 25x délka těla/s Salmonella typhimurium Chi Aizawa, Teikyo University. Točivá síla je generována mezi statorem spojeným s rigidní konstrukcí buněčné stěny (k peptidoglykanu) a rotorem spojeným s flagelárním vláknem. Proteiny MotA a MotB tvoří složky statoru; FliF, G, M, a N (MS a C kruhy) jsou složkami rotoru. FlgB, C, F, a G jsou hnací hřídelí (drive shaft). FlgH a I (L a P kruhy) jsou objímkami, které vedou hřídel vnější vrstvou buněčné stěny. Vibrio cholerae G+ G- Typy pohybu: taxe – pozitivní a negativní; chemotaxe, fototaxe, aerotaxe, magnetotaxe nswimming motility – pohyb bičíky, plavání nswarming motility – plazivý pohyb kolonií, bičíky, Proteus ntwitching motility – trhavý, skákavý pohyb ngliding motility – klouzavý pohyb Důvody pohybu bakterií v nejčastější – pohyb ke zdroji živin – po koncentračním gradientu v reakce na repelent v shlukování buněk za účelem vytvoření plodnice - Myxobacteria Závislost na prostředí: MCP systém čeledi Enterobacteriaceae je urč.způsobem vyvinut u druhů žijících v prostředí bohatém na živiny, liší se tedy od systémů recepce např.u oceánských bakterií: Vibrio furnissii – živí se chitinem, vykazuje, silná odpověď na nízké koncentrace oligosacharidů chitinu, nikoli na silné atraktans např.pro enterobakterie (aspartát). Fotosyntetické Chromatium – přitahováno H[2]S (donor elektronů), což je repelent pro většinu bakterií. H. halobium přitahováno leucinem, což je repelent pro enterobakterie. Rhodopseudomonas putida – chemoatraktantem jsou repelenty enterobakterií (benzoát) MCP systém není ovlivňen růstovým cyklem buňky, , není zahrnut v údržbě buňky, ale při zvýšené intenzitě růstu. – pohyb hraje roli při kompetici limitujících zdrojů. Chemotaxe hraje roli u adherovaných buněk Caulobacter – volné plovoucí buňky – není syntéza DNA, ani dělení, ale exprese MCP – podobných receptorů – silná chemotaxe. Pohyb za signály, dokud nenarazí na povrch bohatý na substrát – osídlení a iniciace buněčného dělení. Aerotaxe: Jedna z nejdříve popsaných taxí. (1883, Engelmann). Fototaxe: Fotokineze je snížení či zvýšení rychlosti odpovědi na změny intenzity světla. Pozitivní fototaxe ve směru nižší intenzity světla. Sinice – velikost buňky umožňuje vnímat směr světla. Bakterie – fotofobní. Akumulace ve stinném prostředí. Chemotaxe: Pohyb bez atraktantu – střídání přímého a otáčivého, vrtivého. Náhodný. Pohyb s atraktantem – nižší frekvence otáčení na místě Bakterie disponuje pamětí na okamžitou koncentraci atraktantu: porovnává prostředí s předchozí koncentrací – ve směru zvyšující se koncentrace se snižuje frekvence otáčení na místě. § Pozitivní (pohyb k atraktantu) a negativní – pozorování na Petriho misce § Koncentrační gradient § Chemoreceptory – v periplazmě nebo na cytoplazmatické membráně § Atraktanty: Ø cukry (odpověď už na 10^-8 M koncentraci), aminokyseliny; Ø 20 chemoreceptorů § Repelenty Ø bakt.odpadní produkty, inhibiční agens, barviva, chemické látky Ø 10 chemoreceptorů Pozorování pohybu bičíku - 1) nativní preparát - nesmí se pracovat se skleněnými předměty (krom sklíček), př: skleněná tyčinka bičíky ulamuje (na sklíčko opatrně nanášet umělohmotnou pasteurkou, opatrně překrývat krycím sklíčkem), práce s mladými kulturami 4-16hodin!! pozorování vždy z tekutého media 2) Barvení bičíků: Závisí na způsobu kultivace. Kultivace buněk vhodná v tekutém mediu. Staré buňky odhazují bičíky. (Pozn: Elektronová mikroskopie - negativní barvení, otiskové preparáty po rychlém zmražení na -150 °C) 3) Agar na testování pohybu: Obsahuje nízké množství agaru – je to polotekuté medium (nižší viskozita prostředí). Textové pole: Proteus mirabilis •Solidní střed •Povlak •Konsolidovaná zóna •Terasy motility test medium, polotekuté Pohyblivý kmen roste i mimo inokulaci – v celém mediu Dynamika růstu kolonie: Periodicita migrace •Diferenciace plazivých buněk •Lag perioda předcházející migraci •Migrace plazivých buněk Dediferenciace •Konsolidace Regulace diferenciace Impuls pevná půda, viskozita prostředí mechanická zábrana rotace bičíků chemotaxe – glutamin Následek předání signálu inhibice dělení vlákna až 80 mm hyperprodukce flagelinu: 5000 až 10000 bičíků Způsob šíření 1.Posuvem z konsolidovaného okraje kolonie, kde jsou buňky již diferencovány a lem je organizován 2.Volným putováním z populace vegetativních buněk, kde začíná diferenciace Uspořádané diferencované buňky na okraji kolonie v přípravné (lag) periodě před migrací. Cyklus diferenciace Swarmers; plazivé buňky Swimmers; plovoucí (vegetativní) buňky) Bees a kol. (2000): The interaction of thin-film, bacterial swarming and cell differentiation in colonies of Serratia liquefaciens. J. Math. Biol., 40: 27-63 www.maths.gla.ac.uk/~mab/papersub.html www.nysaes.cornell.edu/pp/faculty/hoch/movies/ www.rowland.harvard.edu/labs/bacteria/index.html http://www.rowland.harvard.edu/labs/bacteria/projects_filament.html http://www.aip.org/pt/jan00/berg.htm www.medmicro.wisc.edu/.../research/index.html www.buddycom.com/bacteria/gnr/gnrgluox.html