Diktyostelidit — sosiaaliset ameebat: elinkaari, käyttäytyminen ja merkitys
Diktyostelidit — sosiaaliset ameebat: tutustu niiden elinkaareen, käyttäytymiseen ja merkitykseen biotutkimukselle. Lue lisää malliorganismin soluviestinnästä ja erilaistumisesta.
Diktyostelidit ovat ryhmä solumaisia limalajeja eli "sosiaalisia ameeboja". Ne ovat epätavallisia eukaryoottiorganismeja, jotka elävät yleensä maaperässä, kompostissa ja muissa mikrobirikkaissa ympäristöissä. Suurimman osan elämästään ne esiintyvät erillisinä, liikkuvina soluina, jotka syövät bakteereja ja jakautuvat. Vaikeina aikoina nämä itsenäiset solut kokoontuvat yhteen ja muodostavat yhteistoiminnallisen rakenteen, joka voi käyttäytyä kuin monisoluinen eliö. Hedelmärunko tuottaa itiöitä, joilla on suojaseinät; itiöt kestävät kuivuutta ja muita epäsuotuisia olosuhteita ja avautuvat parempina aikoina tuottaen uusia soluja. Näin diktyostelidit voidaan ajatella sekä yksisoluisiksi että monisoluisiksi elämänmuodoiksi saman lajin elinkaaren eri vaiheissa.
Elinkaari lyhyesti
- Vaihde yksisoluisena: yksittäiset ameebat elävät itsenäisinä soluina, ruokkivat itseään pääasiassa maaperän bakteereja syömällä ja jakautuvat.
- Aggregaatio: kun ravinto loppuu, solut lähettävät ja vastaanottavat kemiallisia viestejä (esimerkiksi syklistä AMP:ta), jotka ohjaavat soluja kerääntymään toisiaan kohti.
- Liikkuva lätkä (slug/pseudoplasmodium): aggregoituneista soluista muodostuu liukuva, etanamaista yhteisöä — alkuperäisessä tekstissä kuvattu jonkinlaisen etanan kaltaisena oliona. Tällä "etanalla" on selkeä etu- ja takaosa, se reagoi valoon ja lämpötilaeroihin ja pystyy siirtymään uudelle kasvupaikalle.
- Culminaatio ja sporokarppi: oikeissa olosuhteissa etanasta kehittyy sporokarppi (hedelmöityskappale). Varsi pitää pystyssä yhden tai useamman itiöpallon, ja itiöt ovat inaktiivisia sekä suojattuja soluja.
- Itiöiden vapautuminen ja itäminen: itiöt voivat levitä ja jäädä lepomuotoon, mutta kun ravintoa ja sopiva kosteus on saatavilla, niistä itää uusia ameeboja ja sykli alkaa alusta.
Käyttäytyminen ja solujen välinen kommunikointi
Aggregation ohjautuu kemotaksiksen avulla: solut vapauttavat signaalimolekyylejä (tunnetuin on syklinen AMP), joiden avulla ne seuraavat toisiaan ja järjestäytyvät koordinoiduksi rakenteeksi. Aggregaation jälkeen solut erilaistuvat eri tehtäviin: osa muodostaa vartalon (varsiosan), osa itiöpallon sisältöön. Tämä erilaistuminen on esimerkki siitä, miten yksittäissolut voivat suorittaa erilaisia rooleja yhteisön hyväksi. Diktyostelideilla on myös mielenkiintoisia sosiaalisia ilmiöitä, kuten "petturi"-solujen ilmiö — yksilöt, jotka hyötyvät yhteisöstä antamatta itse panostaan samaan määrin — ja mekanismit sukulaisuuden tunnistukseen, jotka rajoittavat tällaista hyväksikäyttöä.
Tutkimus ja malliorganismina toimiminen
Dictyosteliumia on käytetty malliorganismina molekyylibiologiassa ja genetiikassa. Lajin, erityisesti Dictyostelium discoideum:n, geenistö on sekvensoitu, ja se on ollut tärkeä kohde tutkimuksissa, jotka koskevat solujen välistä viestintää, solujen liikettä, fagosytoosia, signaalinvälitystä sekä solun erilaistumista. Diktyosteliumia on tutkittu esimerkkinä solujen välisestä kommunikaatiosta, erilaistumisesta ja ohjelmoidusta solukuolemasta. Tutkimus on tuottanut tietoa myös solusytoskeletonin toiminnasta, kemotaksisesta suunnistuksesta ja monista perusprosesseista, jotka ovat säilyneet evoluutiossa ja jotka ovat merkityksellisiä myös ihmisten solubiologiassa. Tietoa ja aineistoja diktyostelideista löytyy keskitetysti esimerkiksi dictyBase-palvelusta.
Ekolginen ja käytännöllinen merkitys
Diktyostelidit osallistuvat maaperän mikrobiekosysteemin toimintaan: ne auttavat säätelemään bakteerikantoja ja osallistuvat orgaanisen aineen hajotukseen ja ravinteiden kiertoon. Koska ne ovat helposti viljeltäviä ja geneettisesti muokattavia, niistä on hyötyä myös opetuksessa ja perusbiologian tutkimuksessa.
Yhteenveto: Diktyostelidit ovat kiinnostava esimerkki siitä, miten yksisoluiset organismit voivat muodostaa yhteistyöhön perustuvia, monisoluisiin rakenteisiin verrattavia kokonaisuuksia. Niiden elinkaari, käyttäytyminen ja geneettinen säätely tarjoavat arvokkaita näkökulmia solujen välisestä vuorovaikutuksesta, erilaistumisesta ja sosiaalisesta evoluutiosta.
Dictyosteliumin p etrimalja
Dictyosteliumin elinkaari
Aggregaatio Dictyosteliumissa
Ameebojen aggregaatio perustuu signaalimolekyyliin. Yksi solu, pesäkkeen perustaja, alkaa erittää signaalia vastauksena stressiin. Muut solut havaitsevat signaalin ja reagoivat kahdella tavalla:
- Ameeba liikkuu kohti signaalia.
- Ameeba erittää lisää signaalia.
Tämän seurauksena signaali välittyy läheisen ameebapopulaation kautta. Ne siirtyvät alueelle, jossa signaalin pitoisuus on suurin.
Genomi
Dictyostelium discoideumin koko genomi julkaistiin Nature-lehdessä vuonna 2005. Haploidinen genomi sisältää noin 12 500 geeniä kuudessa kromosomissa. Vertailun vuoksi mainittakoon, että ihmisen diploidisessa genomissa on 20 000-25 000 geeniä (kahdesti edustettuna) 23 kromosomiparissa.
Sukupuolinen lisääntyminen
Sukupuolikehitys voi tapahtua, kun ameboideja soluja ei saada bakteerien ravinnosta ja kun ne ovat pimeässä.
Parittelu alkaa gametogeneesillä. Tällöin syntyy pieniä, liikkuvia sukusoluja, jotka sulautuvat ja muodostavat pienen kaksitumaisen solun. Binukleaattisolun tilavuus kasvaa sitten niin, että syntyy jättiläismäinen binukleaarinen solu. Kasvun edetessä ytimet turpoavat ja fuusioituvat muodostaen todellisen diploidisen zygoottijättisolun. Tämän tapahtuessa ameebat kemotaksisoituvat kohti jättisolun pintaa. Zygoottijättisolu nielaisee ympäröivät ameebat ja sulattaa ne. Seuraavaksi zygootti muodostaa makrokystan, joka pysyy jonkin aikaa lepotilassa ennen itämistä. Kun makrokysta itää, se vapauttaa monia haploideja ameebosoluja.
Luokitus
Dictyostelium discoideum löydettiin ensimmäisen kerran Pohjois-Carolinan metsästä vuonna 1935, ja se luokiteltiin aluksi "alempiin sieniin" ja myöhemmin Protista- ja Fungi-kuntiin. 1990-luvulle tultaessa useimmat tutkijat hyväksyivät nykyisen luokituksen.
Amoebozoa pidetään nykyään erillisenä valtakunnan tason kladina, joka on läheisempää sukua eläimille ja sienille kuin kasveille.
Legionellan malli-isäntäorganismi
Dictyosteliumilla on monia molekyylipiirteitä makrofagien kanssa. Makrofagit ovat Legionellan ihmisisäntä. D. discoideumin sytoskelettikoostumus on samanlainen kuin nisäkässoluilla. Samoin ovat näiden komponenttien ohjaamat prosessit, kuten fagosytoosi, kalvojen kulkeutuminen, endosyyttinen transitio ja vesikkelien lajittelu. D. discoideumilla on leukosyyttien tavoin kemotaksia. Näin ollen D. discoideum on sopiva mallijärjestelmä, jonka avulla voidaan tarkastella isäntäsolutekijöiden vaikutusta Legionella-infektioiden aikana.
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mitä ovat dictyostelidit?
V: Diktyostelidit ovat ryhmä solumaisia limalajeja eli "sosiaalisia ameeboja".
K: Miten dictyostelidit lisääntyvät?
V: Vaikeina aikoina dictyostelidit kokoontuvat yhteen lisääntyäkseen hedelmöityskappaleeksi, joka tuottaa itiöitä, joilla on suojaseinät.
K: Ovatko dictyostelidit yksisoluisia vai monisoluisia eliöitä?
V: Dictyostelidit ovat sekä yksisoluisia että monisoluisia. Suurimman osan elämästään ne elävät erillisinä soluina ja kokoontuvat sitten yhteen lisääntyäkseen monisoluisena hedelmöityskappaleena.
K: Mitä dictyostelidit syövät?
V: Diktyostelidit syövät pääasiassa maaperän bakteereja.
K: Mitä tapahtuu, kun diktyostelidien ravinto loppuu?
V: Kun ravinnon saanti loppuu, dictyostelidit yhdistyvät muodostaen jonkinlaisen etanan kaltaisen olion, joka pystyy reagoimaan valon ja lämpötilaerojen vaikutuksesta ja liikkumaan.
K: Mikä on itiöemä?
V: Sporokarppi on hedelmäkappale, jossa on yksi tai useampi itiöpallo. Nämä itiöt ovat inaktiivisia soluja, joita suojaavat sitkeät soluseinät, ja niistä muodostuu uusia ameeboja, kun ravintoa on saatavilla.
K: Miten dictyosteliumia tutkitaan?
V: Dictyosteliumia on käytetty malliorganismina molekyylibiologiassa ja genetiikassa, erityisesti esimerkkinä solujen välisestä viestinnästä, erilaistumisesta ja ohjelmoidusta solukuolemasta (apoptoosista). Dictyosteliumia koskeva tutkimus on saatavilla verkossa osoitteessa dictyBase.
Etsiä