რა არის Cilia & Flagella– ს ძირითადი ფუნქციები?

Cilia და flagella ორი განსხვავებული ტიპის მიკროსკოპული დანამატია უჯრედებზე. Cilia გვხვდება როგორც ცხოველებში, ასევე მიკროორგანიზმებში, მაგრამ არა უმეტეს მცენარეებში. Flagella გამოიყენება მობილობისთვის ბაქტერიებში, აგრეთვე ეუკარიოტების გამეტებში. Cilia და flagella ემსახურება გადაადგილების ფუნქციებს, მაგრამ განსხვავებული წესით. მუშაობისას ორივე ეყრდნობა დინეინს, რომელიც არის მამოძრავებელი ცილა და მიკროტუბლებს.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

Cilia და flagella წარმოადგენს ორგანულ უჯრედებს, რომლებიც უზრუნველყოფს ბიძგს, სენსორულ მოწყობილობებს, კლირენსის მექანიზმებს და მრავალ მნიშვნელოვან ფუნქციას ცოცხალ ორგანიზმებში.

ანონიე ვან ლეუვენჰუკის მიერ XVII საუკუნის ბოლოს აღმოჩენილი კილია პირველი ორგანელეს წარმოადგენს. მან დააკვირდა მოძრავ (მოძრავ) cilia- ს, "პატარა ფეხებს", რომლებიც მან აღწერა, როგორც "ცხოველების კუნთები" (სავარაუდოდ, პროტოზოვა). არა მოძრავი cilia გაცილებით გვიან დაფიქსირდა უკეთესი მიკროსკოპებით. მოციმციმეების უმეტესობა არსებობს ცხოველებში, თითქმის ყველა ტიპის უჯრედში, რომელიც ევოლუციურად დაცულია მრავალ სახეობაზე. ამასთან, ზოგიერთი cilia გვხვდება მცენარეებში, გამეტების სახით. Cilia მზადდება მიკროტუბულებისგან, იმ შემადგენლობით, რომელსაც ეწოდება ცილიარული აქსონემა, რომელიც დაფარულია პლაზმის მემბრანით. უჯრედის სხეული ქმნის მოციმციმე ცილებს და გადააქვს აქსონემის წვერზე; ამ პროცესს ეწოდება intraciliary ან intraflagellar transport (IFT). ამჟამად, მეცნიერები ფიქრობენ, რომ ადამიანის გენომის დაახლოებით 10 პროცენტი ეკუთვნის წამწამებს და მათ გენეზს.

Cilia სიგრძეა 1-დან 10 მიკრომეტრამდე. ეს თმის მსგავსი დანამატის ორგანოელები მუშაობენ როგორც უჯრედების გადასაადგილებლად, ასევე მასალების გადასაადგილებლად. მათ შეუძლიათ გადაადგილონ სითხე წყლის ისეთი სახეობებისთვის, როგორიცაა clams, საკვებისა და ჟანგბადის ტრანსპორტირების საშუალება. Cilia ეხმარება ცხოველების ფილტვებში სუნთქვას სხეულში ნამსხვრევებისა და პოტენციური პათოგენების შეჭრის თავიდან ასაცილებლად. Cilia უფრო მოკლეა, ვიდრე flagella და კონცენტრირებულია ბევრად უფრო დიდი რაოდენობით. მათ აქვთ სწრაფი ინსულტით მოძრაობა თითქმის ერთსა და იმავე დროს ჯგუფში, რაც წარმოადგენს ტალღის ეფექტს. Cilia- ს ასევე შეუძლია დაეხმაროს პროტოზოების ზოგიერთი ტიპის გადაადგილებას. არსებობს ორი სახის მოციქული: მოძრავი (მოძრავი) და არამამოძრავებელი (ან პირველადი) cilia და ორივე მუშაობს IFT სისტემების საშუალებით. მოძრავი cilia ბინადრობს სასუნთქი გზების გადასასვლელებსა და ფილტვებში, აგრეთვე ყურის შიგნით. არა მოძრავი cilia ბინადრობს მრავალ ორგანოში.

Flagella არის დანამატები, რომლებიც ხელს უწყობენ ბაქტერიების და ეუკარიოტების გამეტების გადაადგილებას, ისევე როგორც ზოგიერთ პროტოზოას. Flagella ტენდენცია იყოს სინგულარული, როგორც კუდი. ისინი, როგორც წესი, გრძელი აქვთ, ვიდრე cilia. პროკარიოტებში flagella მუშაობს როგორც პატარა ძრავები, როტაციით. ეუკარიოტებში ისინი უფრო გლუვ მოძრაობებს ახდენენ.

Cilia ასრულებს როლს უჯრედულ ციკლში, აგრეთვე ცხოველების განვითარებაში, მაგალითად გულში. Cilia შერჩევით საშუალებას აძლევს გარკვეულ ცილებს, იმუშაონ სწორად. Cilia ასევე ასრულებს ფიჭური კომუნიკაციის და მოლეკულური ტრეფიკინგის როლს.

მოძრავი cilia ფლობს 9 + 2 განლაგებას ცხრა გარე მიკროტუბულის წყვილისგან, ორი მიკროტუბულის ცენტრთან ერთად. მოძრავი cilia იყენებს მათ რიტმულ ტალღას ნივთიერებების მოსაშორებლად, როგორც ჭუჭყის, მტვრის, მიკროორგანიზმებისა და ლორწოს გაწმენდისას, დაავადების თავიდან ასაცილებლად. ამიტომაც ისინი სუნთქვის მილების ხაზებზე არსებობენ. მოძრავ cilia- ს შეუძლია გარეგანი უჯრედისის სითხის შეგრძნებაც და მოძრაობაც.

არა მოძრავი, ან პირველადი, cilia არ შეესაბამება იმავე სტრუქტურას, როგორც მოძრავი cilia. ისინი განლაგებულია როგორც ინდივიდუალური დანამატის მიკროტუბულები ცენტრალური მიკროტუბულის სტრუქტურის გარეშე. ისინი არ ფლობენ დინეინის მკლავებს, აქედან გამომდინარეობს მათი ზოგადი არამძრაობა. მრავალი წლის განმავლობაში, მეცნიერები ყურადღებას არ ამახვილებდნენ ამ პირველადი cilia– ებზე და, შესაბამისად, მათი ფუნქციების მცირე ნაწილი იცოდნენ. არა მოძრავი cilia ემსახურება უჯრედების სენსორულ აპარატს, სიგნალების ამოცნობას. ისინი გადამწყვეტ როლს ასრულებენ სენსორულ ნეირონებში. არა მოძრავი მბზინავი გვხვდება თირკმელებში შარდის ნაკადის გასაგებად, აგრეთვე თვალის ბადურის ფოტორეცეპტორების თვალებში. ფოტორეცეპტორებში ისინი ფუნქციონირებენ სასიცოცხლო ცილების გადასატანად ფოტორეცეპტორის შიდა სეგმენტიდან გარე სეგმენტში; ამ ფუნქციის გარეშე ფოტორეცეპტორები დაიღუპებიან. როდესაც cilia გრძნობს სითხის ნაკადს, ეს იწვევს უჯრედების ზრდის ცვლილებებს.

Cilia უფრო მეტია ვიდრე კლირენსი და სენსორული ფუნქციები. ისინი ასევე უზრუნველყოფენ ცხოველებში ჰაბიტატებს ან რეკრუტირების ადგილებს სიმბიოტიკური მიკრობიომებისთვის ცხოველებში. წყლის ცხოველებში, მაგალითად, კალმარში, ეს ლორწოს ეპითელური ქსოვილები უფრო პირდაპირ შეიძლება დაფიქსირდეს, რადგან ისინი გავრცელებულია და არ წარმოადგენს შიდა ზედაპირებს. მასპინძელ ქსოვილებზე არსებობს ორი სხვადასხვა სახის მოციმციმე პოპულაცია: ერთი გრძელი წამწამებით, რომელიც გასწვრივ ტალღებს პატარა ნაწილაკები, როგორიცაა ბაქტერიები, მაგრამ გამორიცხავენ უფრო დიდებს და უფრო მოკლეა ცემენტის წამწამები, რომლებიც გარემოს ერევა სითხეები. ეს cilia მუშაობს მიკრობიომის სიმბიონტების ათვისებაზე. ისინი მუშაობენ ზონებში, რომლებიც ბაქტერიებსა და სხვა წვრილ ნაწილაკებს თავშესაფარ ზონებში გადააქვთ, ხოლო სითხეებს ურევენ და ხელს უწყობენ ქიმიურ სიგნალებს, რომ ბაქტერიებმა შეძლონ სასურველი რეგიონის კოლონიზაცია. ამიტომ მოციმციმეები მუშაობენ ბაქტერიების გაფილტვრაზე, გასუფთავებაზე, ლოკალიზაციაზე, ასარჩევად და აგრეგირებაზე და წამწამების ზედაპირებზე გადაბმის კონტროლზე.

ასევე აღმოაჩინეს კილია, რომ მონაწილეობა მიიღონ ექტოსომების ვეზიკულურ სეკრეციაში. ბოლოდროინდელი კვლევის შედეგად ვლინდება ურთიერთქმედება მოციმციმეებსა და უჯრედულ გზებს შორის, რამაც შეიძლება უზრუნველყოს ფიჭური კომუნიკაციის და დაავადებების ცოდნა.

Flagella გვხვდება პროკარიოტებსა და ეუკარიოტებში. ისინი გრძელი ძაფის ორგანელებია, რომლებიც დამზადებულია რამდენიმე ცილისგან, რომელთა სიგრძეც 20 მიკრომეტრს აღწევს ბაქტერიებზე მათი ზედაპირიდან. როგორც წესი, flagella გრძელია ვიდრე cilia და უზრუნველყოფს მოძრაობას და ბიძგს. ბაქტერიული flagella ძაფის ძრავა შეიძლება მოძრაობდეს წუთში 15000 რევოლუციით (rpm). Flagella– ს ცურვის შესაძლებლობა ეხმარება მათ ფუნქციონირებას, იქნება ეს საკვებისა და საკვებ ნივთიერებების მოძიება, გამრავლება ან მასპინძლების შემოჭრა.

პროკარიოტებში, როგორიცაა ბაქტერიები, flagella ემსახურება როგორც ბიძგების მექანიზმებს; ისინი ბაქტერიების სითხეებში ბანაობის მთავარი გზაა. ბაქტერიებში ფლაგელუმს აქვს ბრუნვის იონის ძრავა, კაკალი, რომელიც გადასცემს ძრავის ბრუნვას და ძაფი, ან გრძელი კუდის მსგავსი სტრუქტურა, რომელიც ბაქტერიას უბიძგებს. ძრავას შეუძლია იქცეს და გავლენა მოახდინოს ძაფის ქცევაზე, შეცვალოს ბაქტერიის გადაადგილების მიმართულება. თუ flagellum მოძრაობს საათის ისრის მიმართულებით, ის ქმნის სუპერქარს; რამდენიმე flagella- ს შეუძლია შექმნას შეკვრა და ეს ხელს უწყობს ბაქტერიის სწორ ბილიკს. საპირისპირო გზით მოტრიალებისას, ძაფი აკეთებს უფრო მოკლე ზონარს და იშლება ფლაგელას შეკვრა, რის შედეგადაც იგი იშლება. ექსპერიმენტებისთვის მაღალი რეზოლუციის არარსებობის გამო, მეცნიერები კომპიუტერულ სიმულაციებს იყენებენ, რომ წინასწარმეტყველებდნენ მოძრაობას.

სითხის ხახუნის რაოდენობა გავლენას ახდენს იმაზე, თუ როგორ მოხდება ძაფის ზეწარი. ბაქტერიებს შეუძლიათ მასპინძლობდნენ რამდენიმე flagella- ს, მაგალითად Escherichia coli- ს. Flagella საშუალებას აძლევს ბაქტერიებს ბანაობა ერთი მიმართულებით და შემდეგ საჭიროებისამებრ შემობრუნება. ეს მოქმედებს მბრუნავი, ხვეული დროშის საშუალებით, რომელიც იყენებს სხვადასხვა მეთოდებს, მათ შორის ბიძგების და მოზიდვის ციკლებს. მოძრაობის კიდევ ერთი მეთოდი მიიღწევა უჯრედის სხეულის შეკვრით შეფუთვით. ამ გზით, flagella ასევე შეიძლება დაეხმაროს უკუქცევის მოძრაობას. როდესაც ბაქტერიები რთულ ადგილებს წააწყდებიან, მათ შეუძლიათ შეცვალონ თავიანთი პოზიცია, მისცეს მათ flagella- ს, შეადგინონ პაკეტების კონფიგურაცია ან დაიშალონ. ეს პოლიმორფული მდგომარეობის გარდამავალი სიჩქარე საშუალებას იძლევა სხვადასხვა სიჩქარით, ბიძგების და მოზიდვის მდგომარეობა ჩვეულებრივ უფრო სწრაფია ვიდრე შეფუთული მდგომარეობები. ეს ეხმარება სხვადასხვა გარემოში; მაგალითად, სპირალურ შეკვრას შეუძლია ბაქტერიის გადაადგილება ბლანტიან ადგილებზე, საცობიანი ეფექტით. ეს ეხმარება ბაქტერიულ გამოკვლევას.

Flagella უზრუნველყოფს ბაქტერიების მოძრაობას, მაგრამ ასევე უზრუნველყოფს პათოგენური ბაქტერიების მექანიზმს მასპინძლების კოლონიზაციაში და, შესაბამისად, დაავადებების გადასაცემად. Flagella იყენებს ბრუნვის და გამყარების მეთოდს ბაქტერიების ზედაპირზე მოსაწყობად. Flagella ასევე ფუნქციონირებს როგორც ხიდები ან ხარაჩოები მასპინძელი ქსოვილის გადაბმისთვის.

ეუკარიოტული flagella განსხვავდება პროკარიოტების შემადგენლობით. ევკარიოტებში არსებული flagella შეიცავს ბევრად მეტ ცილებს და გააჩნია მოძრავი cilia– ს მსგავსი მსგავსება, იგივე ზოგადი მოძრაობა და კონტროლის ნიმუშები. Flagella გამოიყენება არა მხოლოდ მოძრაობისთვის, არამედ უჯრედისის კვებისა და ეუკარიოტული გამრავლების დასახმარებლად. Flagella იყენებს intraflagellar ტრანსპორტს, რომელიც წარმოადგენს ცილების იმ კომპლექსის ტრანსპორტირებას, რომელიც საჭიროა სასიგნალო მოლეკულებისათვის, რომლებიც აძლევს flagella- ს მობილობას. Flagella არსებობს მიკროსკოპულ ორგანიზმებზე, როგორიცაა Mastigophora protozoa, ან ისინი შეიძლება არსებობდნენ უფრო დიდი ცხოველების შიგნით. მთელი რიგი მიკროსკოპული პარაზიტები ფლაჟელებსაც ფლობენ, რაც ხელს უწყობს მათ მოგზაურობას მასპინძელი ორგანიზმის გავლით. ამ პროტოზის პარაზიტების ფანტელებში ასევე არის პარაფლაგელარული ჯოხი ან PFR, რომელიც ეხმარება ვექტორებთან, როგორიცაა მწერები. ეუკარიოტებში flagella- ს ზოგიერთი სხვა მაგალითია სპირტის მსგავსი გამეტების კუდები. Flagella გვხვდება აგრეთვე ღრუბლებში და წყლის სხვა სახეობებში; ამ არსებებში არსებული flagella ხელს უწყობს სუნთქვისთვის წყლის გადაადგილებას. ეუკარიოტული flagella ასევე მსახურობს თითქმის როგორც პატარა ანტენები ან სენსორული ორგანულები. მეცნიერები მხოლოდ ახლა იწყებენ ეუკარიოტული ფლაგელის ფუნქციის სიგანის გაგებას.

ბოლოდროინდელმა სამეცნიერო აღმოჩენებმა დაადგინა, რომ cilia– სთან დაკავშირებული მუტაციები ან სხვა დეფექტები იწვევს რიგ დაავადებებს. ეს პირობები მოიხსენიება როგორც ცილიოპათიები. ისინი ღრმად მოქმედებენ მათზე ტანჯულ პირებზე. ზოგიერთ ცილიოპათიაში შედის კოგნიტური დაქვეითება, ბადურის გადაგვარება, სმენის დაქვეითება, ანოსმია (ყნოსვის დაკარგვა), კრანიოფესიალური დარღვევები, ფილტვები და სასუნთქი გზები ანომალიები, მარცხენა და მარჯვენა ასიმეტრია და მასთან დაკავშირებული გულის დეფექტები, პანკრეასის ცისტები, ღვიძლის დაავადება, უნაყოფობა, პოლიდაქტილია და თირკმელების ანომალიები, როგორიცაა კისტები, მათ შორის სხვები გარდა ამისა, ზოგიერთ კიბოს აქვს კავშირი ცილოპათიებთან.

თირკმლის ზოგიერთ დარღვევებში, რომლებიც დაკავშირებულია cilia– ს დისფუნქციასთან, მოიცავს ნეფრონოფთიზს და აუტოსომურ დომინანტურ და აუტოსომურ რეცესიულ თირკმელ პოლიკისტოზურ დაავადებას. გაუმართავი cilia ვერ შეაჩერებს უჯრედების დაყოფას, რადგან არ არის გამოვლენილი შარდის გამონადენი, რაც იწვევს კისტის განვითარებას.

კარტაგენერის სინდრომის დროს, დინეინის მკლავის დისფუნქცია იწვევს სასუნთქი გზების არაეფექტურ გაწმენდას ბაქტერიებისა და სხვა ნივთიერებებისგან. ამან შეიძლება გამოიწვიოს განმეორებითი რესპირატორული ინფექციები.

ბარდეტ-ბიდლის სინდრომის დროს, მოციმციმეების დარღვევა იწვევს ისეთ პრობლემებს, როგორიცაა ბადურის გადაგვარება, პოლიდაქტილია, ტვინის დარღვევები და სიმსუქნე.

არამემკვიდრეობითი დაავადებები შეიძლება მოყვეს მოცილების დაზიანებით, მაგალითად სიგარეტის ნარჩენებისგან. ამან შეიძლება გამოიწვიოს ბრონქიტი და სხვა საკითხები.

პათოგენებს შეუძლიათ აგრეთვე დაეხმარონ თვალისმომჭრელი ბაქტერიების ნორმალურ სიმბიოტიკურ აღზრდას, მაგალითად, ბორდეტელას სახეობებთან, იწვევს წამწამების ცემის შემცირებას და, შესაბამისად, საშუალებას აძლევს პათოგენს დამაგრდეს სუბსტრატი და გამოიწვიოს ადამიანის ინფექცია სასუნთქი გზები.

მთელი რიგი ბაქტერიული ინფექციები ეხება flagella– ს ფუნქციას. პათოგენური ბაქტერიების მაგალითებია Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa და Campylobacter jejuni. ხდება მთელი რიგი ურთიერთქმედებები, რომლებიც იწვევს ბაქტერიების მასპინძელ ქსოვილებში შეჭრას. Flagella მოქმედებს, როგორც სავალდებულო ზონდები, ეძებს მასპინძელ სუბსტრატზე შეძენას. ზოგიერთი ფიტობაქტერია იყენებს flagella- ს მცენარეთა ქსოვილებზე მიჯაჭვულობისთვის. ეს იწვევს პროდუქტებს, როგორიცაა ხილი და ბოსტნეული, ბაქტერიების მეორადი მასპინძელი, რომლებიც აინფიცირებენ ადამიანებსა და ცხოველებს. ერთ-ერთი მაგალითია Listeria monocytogenes და, რა თქმა უნდა, ე. კოლი და სალმონელა საკვებისმიერი დაავადებების სამარცხვინო აგენტები არიან.

Helicobacter pylori იყენებს flagellum- ს ლორწოს საშუალებით ბანაობისთვის და კუჭის ლორწოვანის შეჭრაში, იცავს კუჭის დამცავ მჟავას. ლორწოვანი გარსები იმუნურ დაცვად მუშაობენ, რათა შეაჩერონ ასეთი შეჭრა სავალდებულო დროშებით, მაგრამ ზოგიერთ ბაქტერიას აქვს რამდენიმე გზა, რომ თავი დააღწიოს აღიარებას და ხელში ჩაგდებას. Flagella– ს ძაფებმა შეიძლება დეგრადირება მოახდინონ ისე, რომ მასპინძელმა ვერ იცნოს ისინი, ან გამოირთოს მათი გამოხატულება და მოძრაობა.

კარტაგენერის სინდრომი გავლენას ახდენს flagella- ზეც. ეს სინდრომი არღვევს მიკრო tubules შორის დინეინის მკლავებს. ამის შედეგია უნაყოფობა სპერმის უჯრედების გამო, რომელსაც არ გააჩნია საჭირო ძრავა, რომელიც საჭიროა flagella– სგან კვერცხის დასაცურებლად და განაყოფიერებისთვის.

მას შემდეგ, რაც მეცნიერებს უფრო მეტი ეცოდინებათ cilia და flagella, და კიდევ უფრო განმარტავენ მათ როლებს ორგანიზმებში, უნდა დაიწყოს ახალი მიდგომები დაავადებების სამკურნალოდ და მედიკამენტების მიღებისას.