Bakterie ve formě L - L-form bacteria

Transmisní elektronový mikrofotografie L-formy Bacillus subtilis. Buňkám chybí elektronová hustota buněčná stěna normálních bakterií. Měřítko je 500 nanometry.

Bakterie ve formě L, také známý jako Bakterie L-fáze, Varianty L-fáze, a nedostatek buněčné stěny (CWD) bakterie, jsou kmeny z bakterie ten nedostatek buněčné stěny.[1] Poprvé byly izolovány v roce 1935 Emmy Klieneberger-Nobel, kdo je pojmenoval "L-formy" po Lister Institute v Londýně, kde pracovala.[2]

Rozlišují se dva typy L-forem: nestabilní L-formy, sféroplasty které jsou schopné dělení, ale mohou se vrátit k původní morfologii a stabilní L-formy, L-formy, které se nemohou vrátit k původním bakteriím.

Některé parazitické druhy bakterií, jako např mykoplazma, také chybí buněčná stěna,[3] ale nejsou považovány za L-formy, protože nejsou odvozeny od bakterií, které mají normálně buněčné stěny.[4]

Vzhled a buněčné dělení

Transmisní elektronový mikrograf populace L-formy Bacillus subtilis, zobrazující řadu velikostí. Měřítko je 10 mikrometry.

Bakteriální morfologie je určeno buněčná stěna. Protože L-forma nemá buněčnou stěnu, její morfologie se liší od morfologie kmene bakterií, ze kterých je odvozena. Typické buňky ve formě L jsou koule nebo sféroidy. Například L-formy bakterie ve tvaru tyčinky Bacillus subtilis při pohledu uživatelem se zobrazí kulatý mikroskopie fázového kontrastu nebo transmisní elektronová mikroskopie.[5]

Ačkoli se L-formy mohou vyvinout z Grampozitivní stejně jako z Gramnegativní bakterie, v Gramův test barvení, L-formy vždy zbarvují gramnegativně, kvůli nedostatku buněčné stěny.

Buněčná stěna je důležitá pro buněčné dělení, který se u většiny bakterií vyskytuje u binární dělení. Tento proces obvykle vyžaduje buněčnou stěnu a komponenty bakteriální cytoskelet jako FtsZ. Schopnost bakterií L-formy růst a dělit se v nepřítomnosti obou těchto struktur je velmi neobvyklá a může představovat formu buněčného dělení, která byla důležitá v časných formách života. Zdá se, že tento nový způsob dělení zahrnuje prodloužení tenkých výčnělků z povrchu buňky a tyto výčnělky se pak odštípnou a vytvoří nové buňky. Nedostatek buněčné stěny v L-formách znamená, že dělení je dezorganizované, což vede k různým velikostem buněk, od velmi malých po velmi velké.[1]

Fázový kontrastní obraz buněk L-formy z Bacillus subtilis zobrazující řadu velikostí. Měřítko je 5 mikrometrů.

Generování v kulturách

L-formy mohou být generovány v laboratoři z mnoha bakteriálních druhů, které mají obvykle buněčné stěny, jako např Bacillus subtilis nebo Escherichia coli. To se provádí inhibicí peptidoglykan syntéza s antibiotiky nebo ošetření buněk lysozym, enzym, který štěpí buněčné stěny. L-formy se generují v kultivačním médiu, které je stejné osmolarita jako bakteriální cytosol (an izotonické řešení ), který zabraňuje lýze buněk pomocí osmotický šok.[2] Kmeny L-formy mohou být nestabilní a mají tendenci se vrátit k normální formě bakterií opětovným růstem buněčné stěny, ale tomu lze zabránit dlouhodobou kultivací buněk za stejných podmínek, jaké byly použity k jejich výrobě - ​​nechat mutace deaktivující zeď, které se hromadí genetický drift.[6]

Některé studie identifikovaly mutace které se vyskytují, protože tyto kmeny pocházejí z normálních bakterií.[1][2] Jedna taková bodová mutace D92E je v enzymu yqiD/ispA (P54383) podílející se na mevalonátová cesta z metabolismus lipidů což zvýšilo frekvenci tvorby L-formy 1000krát.[1] Důvod tohoto účinku není znám, ale předpokládá se, že toto zvýšení souvisí s rolí tohoto enzymu při vytváření důležitého lipidu v syntéze peptidoglykanu.

Další metodika indukce závisí na nanotechnologie a krajinná ekologie. Mikrofluidika zařízení lze postavit za účelem výzvy peptidoglykan syntéza extrémním prostorovým omezením. Po biologické rozptýlení skrz zúženou (submikrometrovou stupnici) biologický koridor připojení sousedící mikro stanoviště Lze odvodit buňky podobné L-formě[7] pomocí (syntetického) ekosystému založeného na mikrofluifice implementujícího adaptivní krajinu[8] výběr fenotypů měnících tvar podobný L-formám.

Důležitost a aplikace

Některé publikace naznačují, že bakterie L-formy mohou způsobit onemocnění u lidí,[9] a další zvířata[10] ale protože důkazy, které spojují tyto organismy s chorobami, jsou dílčí a často si odporují, zůstává tato hypotéza kontroverzní.[11][12] Dva extrémní pohledy na tuto otázku spočívají v tom, že bakterie L-formy jsou buď laboratorními kuriozitami bez klinického významu, nebo důležitými, ale nedoceněnými příčinami onemocnění.[4] Výzkum bakterií L-formy pokračuje. Například organismy ve formě L byly pozorovány v plicích myší po experimentálním očkování Nocardia caviae,[13][14] a nedávná studie naznačuje, že tyto organismy mohou infikovat imunosuprimovaný pacienti, kteří podstoupili transplantace kostní dřeně.[15] Bylo také navrženo, aby při získávání bakterií byla důležitá tvorba kmenů bakterií bez buněčných stěn odolnost proti antibiotikům.[16][17]

Bakterie L-formy mohou být užitečné při výzkumu časných forem života atd biotechnologie. Tyto kmeny jsou zkoumány pro možné použití v biotechnologii jako hostitelské kmeny pro rekombinantní produkce bílkovin.[18][19][20] Zde nepřítomnost buněčné stěny může umožnit produkci velkého množství vylučovaných proteinů, které by se jinak hromadily v periplazmatický prostor bakterií.[21][22]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Leaver M, Domínguez-Cuevas P, Coxhead JM, Daniel RA, Errington J (únor 2009). „Život bez zdi nebo dělícího stroje v Bacillus subtilis“. Příroda. 457 (7231): 849–53. Bibcode:2009Natur.457..849L. doi:10.1038 / nature07742. PMID  19212404.
  2. ^ A b C Joseleau-Petit D, Liébart JC, Ayala JA, D'Ari R (září 2007). „Nestabilní formy Escherichia coli L se znovu objevují: růst vyžaduje syntézu peptidoglykanu“. J. Bacteriol. 189 (18): 6512–20. doi:10.1128 / JB.00273-07. PMC  2045188. PMID  17586646.
  3. ^ Razin S, Yogev D, Naot Y (prosinec 1998). „Molekulární biologie a patogenita mykoplazmat“. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62 (4): 1094–156. doi:10.1128 / MMBR.62.4.1094-1156.1998. PMC  98941. PMID  9841667.
  4. ^ A b Domingue GJ, Woody HB (duben 1997). „Bakteriální perzistence a exprese choroby“. Clin. Microbiol. Rev. 10 (2): 320–44. doi:10.1128 / CMR.10.2.320. PMC  172922. PMID  9105757. Úplné PDF
  5. ^ Gilpin RW, Young FE, Chatterjee AN (leden 1973). "Charakterizace stabilní L-formy Bacillus subtilis 168". J. Bacteriol. 113 (1): 486–99. doi:10.1128 / JB.113.1.486-499.1973. PMC  251652. PMID  4631836.
  6. ^ Allan EJ (duben 1991). "Indukce a kultivace stabilní L-formy Bacillus subtilis". J. Appl. Bacteriol. 70 (4): 339–43. doi:10.1111 / j.1365-2672.1991.tb02946.x. PMID  1905284.
  7. ^ Männik J .; R. Driessen; P. Galajda; J.E. Keymer; C. Dekker (září 2009). „Bakteriální růst a motilita v sub-mikronových zúženích“. PNAS. 106 (35): 14861–14866. Bibcode:2009PNAS..10614861M. doi:10.1073 / pnas.0907542106. PMC  2729279. PMID  19706420.
  8. ^ Keymer J.E .; P. Galajda; C. Muldoon R .; R. Austin (listopad 2006). „Bakteriální metapopulace v nanofabrikovaných krajinách“. PNAS. 103 (46): 17290–295. Bibcode:2006PNAS..10317290K. doi:10.1073 / pnas.0607971103. PMC  1635019. PMID  17090676.
  9. ^ Wall S, Kunze ZM, Saboor S, Soufleri I, Seechurn P, Chiodini R, McFadden JJ (1993). „Identifikace sferoplastových látek izolovaných z tkání pacientů s Crohnovou chorobou a kontrolních tkání polymerázovou řetězovou reakcí“. J. Clin. Microbiol. 31 (5): 1241–5. doi:10.1128 / JCM.31.5.1241-1245.1993. PMC  262911. PMID  8501224.
  10. ^ Hulten K, Karttunen TJ, El-Zimaity HM, Naser SA, Collins MT, Graham DY, El-Zaatari FA (2000). "Identifikace buněčné stěny deficitní formy M. avium subsp. Paratuberculosis v parafinu zalitých tkáních zvířat s Johnovou chorobou pomocí hybridizace in situ". J. Microbiol. Metody. 42 (2): 185–95. doi:10.1016 / S0167-7012 (00) 00185-8. PMID  11018275.
  11. ^ Onwuamaegbu ME, Belcher RA, Soare C (2005). „Bakterie s nedostatkem buněčné stěny jako příčina infekcí: přehled klinického významu“ (PDF). J. Int. Med. Res. 33 (1): 1–20. doi:10.1177/147323000503300101. PMID  15651712. Archivovány od originál (PDF) dne 24. srpna 2009.
  12. ^ Casadesús J (prosinec 2007). „Bakteriální L-formy vyžadují pro dělení buněk syntézu peptidoglykanu“. BioEssays. 29 (12): 1189–91. doi:10,1002 / bies.20680. PMID  18008373.
  13. ^ Beaman BL (červenec 1980). „Indukce variant L-fáze Nocardia caviae v intaktních myších plicích“. Infikovat. Immun. 29 (1): 244–51. doi:10.1128 / IAI.29.1.244-251.1980. PMC  551102. PMID  7399704.
  14. ^ Beaman BL, Scates SM (září 1981). „Role L-forem Nocardia caviae ve vývoji chronických mycetomů v normálních a imunodeficientních myších modelech“. Infikovat. Immun. 33 (3): 893–907. doi:10.1128 / IAI.33.3.893-907.1981. PMC  350795. PMID  7287189.
  15. ^ Woo PC, Wong SS, Lum PN, Hui WT, Yuen KY (březen 2001). „Bakterie s deficitem buněčné stěny a kulturně negativní febrilní epizody u příjemců po transplantaci kostní dřeně“. Lanceta. 357 (9257): 675–9. doi:10.1016 / S0140-6736 (00) 04131-3. PMID  11247551.
  16. ^ Fuller E, Elmer C, Nattress F a kol. (Prosinec 2005). „Rezistence β-laktamu v buňkách Staphylococcus aureus, které nevyžadují celistvost buněčné stěny“. Antimicrob. Agenti Chemother. 49 (12): 5075–80. doi:10.1128 / AAC.49.12.5075-5080.2005. PMC  1315936. PMID  16304175.
  17. ^ Možná role změny formy L při opakované infekci močových cest Příroda, 2019
  18. ^ Sieben, Stefan (duben 1998). „Die stabilen Protoplasten-Typ L-Formen von Proteus mirabilis als neues Expressionssystem for sekretorische Proteine ​​und integrale Mempranproteine“. Disertační práce Universität Jena. OCLC  246350676.
  19. ^ Sieben S, Hertle R, Gumpert J, Braun V (říjen 1998). „Hemolysin Serratia marcescens je vylučován, ale není aktivován stabilními L-formami typu Protoplast Proteus mirabilis.“ Oblouk. Microbiol. 170 (4): 236–42. doi:10,1007 / s002030050638. PMID  9732437.
  20. ^ Gumpert J, Hoischen C (říjen 1998). "Použití bakterií bez buněčné stěny (L-formy) pro účinnou expresi a sekreci heterologních genových produktů". Aktuální názor na biotechnologie. 9 (5): 506–9. doi:10.1016 / S0958-1669 (98) 80037-2. PMID  9821280.
  21. ^ Rippmann JF, Klein M, Hoischen C a kol. (1. prosince 1998). „Prokaryotická exprese jednořetězcových protilátek s proměnným fragmentem (scFv): Sekrece v buňkách L-formy proteinu mirabilis vede k aktivnímu produktu a překonává omezení periplazmatické exprese u Escherichia coli“. Appl. Environ. Microbiol. 64 (12): 4862–9. doi:10.1128 / AEM.64.12.4862-4869.1998. PMC  90935. PMID  9835575.
  22. ^ Choi JH, Lee SY (červen 2004). "Sekreční a extracelulární produkce rekombinantních proteinů pomocí Escherichia coli". Appl. Microbiol. Biotechnol. 64 (5): 625–35. doi:10.1007 / s00253-004-1559-9. PMID  14966662.

Další čtení

externí odkazy