Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

warstwy symbiozy – wizualizacja społeczności mikrobiologicznej jelita tylnego termitów

Layers of Symbiosis - Visualizing the Termite Hindgut Microbial Community

Jared Leadbetter zabiera nas na spacer po świecie różnorodności życia zamieszkującego jelito tylne termita – mikrośrodowisko zawierające 250 różnych gatunków, których nie spotka się nigdzie indziej na Ziemi. Jared wykazuje, że symbioza występująca w tym układzie jest wielowarstwowa i obejmuje nie tylko relację między termitem a mieszkańcami jego jelit, ale także złożoną sieć symbioz między samymi mikrobami jelitowymi.

Jared Leadbetter zabiera nas na spacer po naturze, ukazując różnorodność życia zamieszkującego jelito tylne termita – mikrośrodowisko zawierające 250 różnych gatunków, których nie spotkamy nigdzie indziej na Ziemi. Jared wykazuje, że symbioza występująca w tym systemie jest wielowarstwowa i obejmuje nie tylko relację między termitem a mieszkańcami jego jelit, ale także złożoną sieć zależności symbiotycznych pomiędzy samymi mikrobami jelitowymi.

Warstwy symbiozy – wizualizacja społeczności mikrobiologicznej jelita tylnego termitów

Jared Leadbetter zabiera nas na spacer po naturze, podczas którego przybliża różnorodność życia zamieszkującego jelito tylne termitów – mikrośrodowisko zawierające 250 różnych...

Czasami mówię ludziom, że dla mnie jest to trochę jak bycie ekoturystą w miniaturowym świecie Alicji w Krainie Czarów, ponieważ kiedy na to patrzę, myślę, że to wspaniały spacer po naturze, jeszcze zanim przeprowadzi się jakikolwiek inny rodzaj badań nad tym systemem. Istnieją różne sposoby obserwacji tych drobnoustrojów za pomocą mikroskopii świetlnej. Ten mikroskop daje nam możliwość zastosowania mikroskopii w ciemnym polu, w której komórki będą pojawiać się jako białe lub będą obwiedzione białym konturem na ciemnym tle.Możemy zastosować mikroskopię fazowo-kontrastową, w której komórki lub krawędzie komórek będą ciemne na szarym tle. Możemy również zastosować zwykłą mikroskopię świetlną, w której niewiele widać, chyba że próbka jest zabarwiona. Jednak w tym przypadku otrzymamy rzeczywisty kolor próbki.Zatem jeśli próbka jest zielona lub czerwona, można to faktycznie zaobserwować w komórkach. Mamy również możliwość wykonania techniki zwanej mikroskopią DIC. Chodzi o kontrast różnicowy (DIC), który w przeciwieństwie do uzyskiwania kontrastu w skali od bieli do czerni lub od ciemnych do szarych odcieni, zapewnia kontrast krawędzi przypominający krajobraz księżycowy – w taki sposób, że patrząc na Księżyc przez lornetkę, wszystko wydaje się szare, ale po ustawieniu ostrości krawędzie stają się bardzo wyraźne.Obecnie ustawiłem urządzenie tak, aby obserwować próbkę przy użyciu metody DIC. Pozwala to na znacznie wyraźniejsze uzyskanie tekstur powierzchni komórek oraz ich struktur wewnętrznych, o ile są one duże i posiadają takie struktury. Podczas gdy w innym rodzaju mikroskopii cała komórka może wydawać się szara na jasnym tle lub biała na czarnym tle, tutaj zaczną Państwo dostrzegać tekstury na samej komórce lub wewnątrz niej.W przypadku wielu posiadanych przez nas pierwotniaków, czyli większych eukariotów, pozwoli to zobaczyć nie tylko struktury wewnętrzne komórki, ale być może również cząsteczki drewna. W tym momencie oglądamy dwa pierwotniaki jelitowe. Należą one do rodzaju opsis.Są to pierwotniaki rozkładające celulozę. W tej chwili, korzystając z tego osobnika znajdującego się dokładnie w centrum, mogę to nieco wyregulować, aby wydobyć kontrast krawędzi. Jest to trochę kwestia przypadku. Dobrze.O, to wygląda wspaniale. Na przykład, to jest jeden z tych bardzo dużych pierwotniaków spokrewnionych z trichomonasami i zaczyna on pęcznieć. Zaczyna chorować.I właśnie tymi strukturami są niektóre z tych małych pęcherzyków po bokach. Można wykorzystać ten tryb DIC, aby uzyskać właściwy przekrój optyczny. Zatem będę wnikać od strony powierzchni.Powierzchnia zaczyna stawać się wyraźna. Wygląda na to, że jest pokryta długimi liniami, długimi rowkami. Teraz wchodzę do wnętrza komórki, a następnie przechodzę na drugą stronę.A jeśli wykonamy to na tylnej części komórki, można zobaczyć jądro. Podnoszę się, patrzę na powierzchnię, teraz widzę jądro, a teraz zaczynam widzieć drugą stronę. Mogę to porównać z kontrastem fazowym, wygląda dobrze.To jest kontrast krawędziowy. Wygląda on również dobrze i jest to kwestia indywidualnych preferencji. W przypadku niektórych cieńszych komórek ten kontrast fazowy wygląda lepiej.W rzeczywistości widzimy tutaj dwa protosomy. Jeden to ten w centrum, z tymi małymi wypustkami, a drugi wygląda jak wiązka patyków. Obrazowanie DIC bardzo wyraźnie to uwydatnia.Można wprowadzić pewne korekty. Przypomina to nieco gotowanie – można dostosować parametry według uznania, obserwując próbkę i dokonując zmian tak, aby wydobyć w konkretnym preparacie określone tekstury komórek.Zostało to niemal empirycznie określone. Teraz spróbuję znaleźć kilka innych obiektów wartych obserwacji. To jest obraz w ciemnym polu.W miejscu, gdzie materiał biologiczny wydaje się jasnobiały na czarnym tle, widzimy tutaj duże trifa z mniejszymi pierwiastkami stroma fascist. STR-y przybliżają obraz, ukazując smukłe, niemal przypominające robaki organizmy, które przemieszczają się wokół tych większych komórek. Są to wspomniane mniejsze pierwotniaki.W tym środowisku występuje całkiem sporo różnych gatunków pierwotniaków o zróżnicowanych rozmiarach. Występują bardzo duże triphy, średniej wielkości triopsisy, a także bardzo długie, cienkie i smukłe, pokryte bakteriami stromy. Możemy zobaczyć niektóre z tych triopsysów i strom.St stroma STRs to wiązka pałeczek. Tri opsis to ten piękny mały organizm z tymi małymi wiciami, które bardzo szybko poruszają się wokół komórki, oraz większa trifa. To jest tri opsis.Jest to jedyny pierwotniak z jelita termitów, który kiedykolwiek został wyhodowany i zbadany in vitro; około dwudziestu lat temu opublikowano trzy lub cztery prace na temat tego pierwotniaka. Następnie kultura została utracona i nikt nie był w stanie wyhodować jej ponownie. Jednak badania nad tym organizmem wykazały, że pierwotniaki te fermentują celulozę i ksylan, które są polimerami pentoz i heksoz występującymi w drewnie, wytwarzając octan, wodór oraz CO2.Przybliżę teraz nieco obraz. Oto kilka z tych spikelets. W samym centrum znajduje się wyraźny obraz DIC spikeletu.I można zauważyć jego zwoje. Ładne, regularne zwoje. Widzę, że się poruszają.O, ono, ono, ono wciąż żyje, ale niektóre z nich zostały nieco uszkodzone przez tlen. Hm. Ponieważ wiele z tych organizmów jest zatruwanych przez tlen. Czasami przygotowuje się preparaty świeże i wszystko się udaje, a czasami nie.Ale właściwie ten okaz jest naprawdę wyjątkowy. Przyjrzę się temu pierwotniakowi tutaj. Jest ich tutaj dwa lub trzy.Istnieją te długie, smukłe pierwotniaki, które wyglądają, jakby były prążkowane. Widać to wyraźnie podczas obserwacji w DIC. Zawsze mówię, że to pierwotniaki faszystowskie.A co mam przez to na myśli? Wiedzą Państwo, że łaciński termin fasis to słowo opisujące ten pęczek prętów widoczny na odwrocie monety dziesięciocentowej. Jest to słowo, które w rzeczywistości opisuje również zasadę e pluribus unum, czyli z wielu jeden; i to właśnie nazywam faszystowskim proteasomem, ponieważ sam proteasom jest w rzeczywistości niezwykle cienki.Z niewielkiej wiedzy, jaką na ten temat posiadamy, badania wykazały, że ten protosom jest pokryty otoczką z cienkich, długich i smukłych bakterii. Jest to zatem długi, przypominający pałeczkę protozoowy eukariot, który jest pokryty warstwą długich, przypominających włosy bakterii; tutaj widać, że niektóre z tych włosków zaczynają się nieco strzępić i odrywać. Jednak można zauważyć wiele takich struktur.Pod względem funkcjonalnym nie mamy pojęcia, co one robią. Jest to więc przykład czegoś, co ładnie wygląda. Jest to inspirujące w tym sensie, że mówi mi to, iż znajduje się tutaj wiele takich pierwotniaków.Możemy przeanalizować filogenezę gospodarza oraz komórek. Wiemy, jaki to pierwotniak i znamy gatunki, które się do niego przytwierdzają. Nie wiemy jednak, jaką rolę pełnią zarówno ten pierwotniak, jak i wspomniane bakterie.Jaka jest ich fizjologia? Co jedzą? Co wytwarzają?W jaki sposób oddziałują one z innymi mikrobami? Jaki wpływ mają te produkty na pozostałe mikroorganizmy lub gospodarza? W związku z tym funkcjonalnie nie wiemy, gdzie miejsce tych elementów w tej układance.Prawdopodobnie wszystkie widoczne tutaj liczne komórki są symbiontami uczestniczącymi w mutualizmie. Są to korzystne mikroby, które faktycznie wnoszą coś do układu i/lub do gospodarza. Jednak w tym przypadku diabeł tkwi w szczegółach.W rzeczywistości nie możemy tego stwierdzić, nie możemy powiedzieć z żadną pewnością. Właściwie nie mam konkretnej hipotezy na temat tego, co robią te organizmy. Chodzi o to, że jest to interesujące, ponieważ pierwotniaki z grupy fascist protozoan są same pokryte bakteriami.To przypomina warstwy symbiozy nałożone jedna na drugą. Podczas gdy w przypadku niektórych innych pierwotniaków widać, że wchłonęły one cząstki drewna do cytoplazmy lub do wnętrza komórki, tutaj nie ma dowodów na to, aby wchłaniały one cząstki drewna.Zatem nie jest tak, że można nawet powiedzieć: „oh, one degradują drewno”. Nie wiem, czy w ogóle degradują drewno. Bardziej prawdopodobne jest, że pozycjonują one te bakterie w jakimś miejscu w jelitach, gdzie bakterie mogą coś zrobić i być może karmić pierwotniaki – są to przykłady innej symbiozy wewnątrz symbiozy.Jeśli przyjrzymy się temu trynematowi, ten większy pierwotniak, który tu obserwujemy, jest rodzajem spłaszczonego trynemata. Możemy zauważyć, że posiada on długie prążkowania biegnące od strony przedniej do tylnej. Jednak przy dokładniejszym przyjrzeniu się dostrzeżemy w jego przedniej części te małe czarne kropki.To również są bakterie. A ten pierwotniak wykazuje zarówno symbiontozę ektosymbiotyczną, jak i endosymbiotyczną. Jego powierzchnia jest pokryta warstwą bakterii, ale bakterie znajdują się również wewnątrz komórki.Ponownie, nie mamy żadnych informacji na temat fizjologii tych bakterii znajdujących się na powierzchni lub wewnątrz. Wiemy, że pierwotniaki te fermentują celulozę i ksylan, ale nie wiemy, gdzie w tym procesie sytuują się te bakterie. Brakuje nam zatem czegoś fundamentalnego.Uwielbiam ten system, ponieważ charakteryzuje się on dużą różnorodnością i dynamiką, a my nauczyliśmy się dzięki niemu wiele. Jednak w rzeczywistości uważam, że wiemy znacznie mniej, niż nam się wydaje.

layers-symbiosis-visualizing-termite-hindgut-microbial

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Warstwy symbiozy - wizualizacja społeczności mikrobiologicznej termitów w jelicie tylnym

California Institute of Technology - Caltech.  Jared Leadbetter zabiera nas na spacer przyrodniczy po różnorodności życia zamieszkującego termity hindgut - mikrośrodowisko zawierające 250 różnych gatunków, których nie można znaleźć nigdzie indziej na Ziemi. Jared ujawnia, że symbioza wykazywana przez ten system jest wielowarstwowa i obejmuje nie tylko związek między termitem a jego mieszkańcami jelit, ale także obejmuje złożoną sieć symbiozy między samymi mikrobami jelitowymi.

Summary

Jared Leadbetter zabiera nas na spacer po świecie różnorodności życia zamieszkującego jelito tylne termita – mikrośrodowisko zawierające 250 różnych gatunków, których nie spotka się nigdzie indziej na Ziemi. Jared wykazuje, że symbioza występująca w tym układzie jest wielowarstwowa i obejmuje nie tylko relację między termitem a mieszkańcami jego jelit, ale także złożoną sieć symbioz między samymi mikrobami jelitowymi.

Warstwy symbiozy – wizualizacja społeczności mikrobiologicznej jelita tylnego termitów

W tym artykule

Podsumowanie

Streszczenie

Oświadczenia

Przedruki i uprawnienia

Przeglądaj więcej artykułów