6.6.1. Нейротрансмиттеры у микроорганизмов.

.

6.6.1. Нейротрансмиттеры у микроорганизмов.

Для создания эволюционно-биологической перспективы для дальнейшего повествования о непосредственном вкладе нейротрансмиттеров в биополитику компактно изложим собственные данные о синтезе нейротрансмиттеров про- и эукариотическими микроорганизмами и об эффектах добавленных нейротрансмиттеров в микробных системах[71]:

 

Микроорганизмы содержат аминные нейротрансмиттеры. Методом высокоэффек­тивной жидкостной хроматографии с электродетекцией продемонстрировано наличие серотонина в биомассе грамположительных бактерий Bacillus subtilis и Staphylococcus aureus в концентрациях порядка 10 -6 М, сопоставимых с его содержанием в крови млекопитающих (таблица). Катехоламины (норадреналин и дофамин) оказались широко распространены у тестированных прокариот; их концентрации приблизительно соответствуют таковым в крови млекопитающих или даже превышают последние. Экуариоты (дрожжи Saccharomyces cerevisiae и грибок Pennicilum chrysogenum) содержали только норадреналин из числа детектироованных аминных нейротрансмиттеров.  У большинства микроорганизмов обнаружены также продукты метаболизма (окислительного дезаминирования) нейротрансмиттеров – 5-гидроксииндолуксусная кислота (5-ГИУК) и дигидрофенилуксусная кислота (ДГФУК).  В разделе 5 (5.13) мы упомянули биополимерное покрытие клеток в колонии (матрикс). На примере богатой матриксом бактерии B. subtilis (вариант М) нами продемонстрировано, что нейромедиаторные амины (норадреналин и дофамин) содержатся не внутриклеточно, а в покрывающем клетки матриксе. Данный факт представляет довод в пользу возможной межклеточной коммуникативной роли этих аминов, поскольку слагающие матрикс биополимеры способствуют диффузии низкомолекулярных химических сигналов в пределах колонии. В свете предположения о внутриколониальной коммуникативной функции нейротрансмиттеров они, возможно, служат информационными молекулами ограниченного радиуса действия не только у многоклеточных животных (где они «прицельно» передают информацию от нейрона к нейрону, см. ниже), но и даже у прокариот, ибо матрикс удерживает низкомолекулярные вещества в пределах синтезировавшей их микробной колонии.

 

Микроорганизм

Нораденалин

Дофамин

ДГФУК

Серотонин

5-ОИУК

Bacillus cereus

-

2.13

0.69

0.85

0.95

B. mycoides

0.32

0.25

0.81

-

0.33

B.subtilis: В целом

Фракция клеток

Фракция матрикса

0.25

0.36

-

-

0.42

 

-

-

-

-

-

 

0.26

0.34

-

-

0.52

Staphylococcus aureus

-

1.35

1.54

2.2

-

Escherichia coli

-

1.61

2.64

-

0.81

Proteus vulgaris

0.6

0.73

0.46

-

0.4

Pseudomonas aeru­ginosa, вариант R

-

-

1.62

-

2.7

P.aeru­ginosa, вариант S

-

-

3.74

-

2.1

Serratia marcescens

1.87

0.6

1.47

-

0.51

Zoogloea ramigera

-

-

14.2

-

0.34

Дрожжи

0.21

-

-

-

0.26

Penicillum chrysogenum

21.1

-

88.9

-

10.8

 

 

Добавленные нейротрансмиттеры вызывают ростовые и структурные эффекты в микробных системах. Так, мы показали, что серотонин (Рис. 14) в микромолярных концентрациях (0,1—25 мкМ), стимулируют рост кишечной палочки Escherichia coli, пурпурной бактерии Rhodospirillum rubrum[72] В тех же концентрациях серотонин меняет макро- и микроструктуру колоний – стимулирует агрегацию микробных клеток (образование их скоплений) и формирование межклеточного матрикса (Рис. 15). В более высоких концентрациях (25-50 мкМ и выше) серотонин оказывает противоположное влияние – частично подавляет рост микроорганизмов и агрегацию их клеток с матриксообразованием. Стимуляция роста микробных культур наблюдали также в присутствии дофамина, но не норадреналина (не показано). Эффекты микромолярных концентраций серотонина и дофамина нами интерпретируются в рамках предположения о сигнальной роли этих агентов, что согласуется с приведенными выше данными об их эндогенном синтезе. По их концентрации клетки могут оценивать плотность собственной популяции и активно расти, если эта плотность выше определенного порога (гипотеза кворум-зависимого действия нейротрансмиттеров, по аналогии с данными литературы об эффектах других коммуникативных факторов, см. обзор Олескин и др., 2000). Для выяснения конкретных механизмов действия нейромедиаторов в микробных системах(предположительно зависимых от рецепторов в мембранах) в настоящее время наша лаборатория исследует их эффекты на мембранный потенциал, скорость дыхательного транспорта элеткронов и другие параметры микробных мембранных систем.

 

Полученные данные в о роли нейротрансмиттеров серотонина, норадреналина и дофамина в микробных системах представляют интерес не только как яркая иллюстрация эволюционно-консервативного характера этих сигнальных молекул. Известно, что митохондрии эукариотических клеток – симбиотические потомки прокариот, а именно, той их подгруппы, в состав которой входит E. coli и R.rubrum. Поэтому исследования бактериальных рецепторов к нейромедиаторам и в целом эффектов эволюционно-консервативных нейромедиаторов в микробных системах актуальны для нейрохимии мозга в связи с данными о роли митохондрий мозговых нейронов в связывании нейромедиаторов. Избыточное связывание нейротрансмиттеров рецепторами митохондриальных мембран нейронов мозга – важная предпосылка ряда мозговых заболеваний (инсульт, болезнь Альцгеймера и др.)[73]. Что касается конкретно серотонина, то он представляется в свете изложенных фактов эволюционно консервативным «гормоном социальности», побуждающим клетки и целые многоклеточные организмы вступать во взаимодействие друг с другом, формировать социальные структуры (Masters, 1994). Отметим в порядке сопоставления, что серотонин вызывает агрегацию также тромбоцитов крови млекопитающих. От эволюционно-биологической перспективы с включением данных о нейромедиаторах в микробных системах перейдем к их специфической роли в нервной системе высших животных и человека.

потомки прокариот, а именно, той их подгруппы, в состав которой входит E. coli и R.rubrum. Поэтому исследования бактериальных рецепторов к нейромедиаторам и в целом эффектов эволюционно-консервативных нейромедиаторов в микробных системах актуальны для нейрохимии мозга в связи с данными о роли митохондрий мозговых нейронов в связывании нейромедиаторов. Избыточное связывание нейротрансмиттеров рецепторами митохондриальных мембран нейронов мозга – важная предпосылка ряда мозговых заболеваний (инсульт, болезнь Альцгеймера и др.)[73]. Что касается конкретно серотонина, то он представляется в свете изложенных фактов эволюционно консервативным «гормоном социальности», побуждающим клетки и целые многоклеточные организмы вступать во взаимодействие друг с другом, формировать социальные структуры (Masters, 1994). Отметим в порядке сопоставления, что серотонин вызывает агрегацию также тромбоцитов крови млекопитающих. От эволюционно-биологической перспективы с включением данных о нейромедиаторах в микробных системах перейдем к их специфической роли в нервной системе высших животных и человека.