Spheroplast - Spheroplast - Wikipedia

Gramnegativní bakterie, které se pokoušejí růst a dělit se v přítomnosti antibiotik inhibujících syntézu peptidoglykanu (např. Penicilinu), tak neučiní a místo toho nakonec vytvoří sféroplastiky.[1][2]

A sféroplast (nebo sphaeroplast v britském použití) je mikrobiální buňka, ze které buněčná stěna byl téměř úplně odstraněn, protože akcí penicilin nebo lysozym. Podle některých definic se tento termín používá k popisu Gramnegativní bakterie.[3][4] Podle dalších definic tento pojem také zahrnuje droždí.[5][6] Název sféroplastika vychází ze skutečnosti, že po trávení buněčné stěny mikroba způsobí napětí membrány, aby buňka získala charakteristický sférický tvar.[4] Sféroplasty jsou osmoticky křehké a budou lyžovat pokud je převeden do a hypotonický řešení.[5]

Pokud se termín sferoplast používá k popisu gramnegativních bakterií, označuje buňky, ze kterých peptidoglykan komponenta, ale ne vnější membrána komponenta buněčné stěny byla odstraněna.[2][5]

Tvorba sféroplastů

Antibiotiky indukované sféroplastiky

Rozličný antibiotika převádějí gramnegativní bakterie na sféroplastiky. Tyto zahrnují peptidoglykan inhibitory syntézy, jako je fosfomycin, vankomycin, moenomycin, lactivicin a β-laktamová antibiotika.[1][2] Antibiotika, která inhibují biochemické cesty přímo před syntézu peptidoglykanů indukují také sféroplastiky (např. fosmidomycin, fosfoenolpyruvát ).[1][2]

Kromě výše uvedených antibiotik, inhibitorů syntézy proteinů (např. chloramfenikol, oxytetracyklin, několik aminoglykosidy ) a inhibitory syntézy kyseliny listové (např. trimethoprim, sulfamethoxazol ) také způsobují, že gramnegativní bakterie tvoří sféroplastiky.[2]

Enzymem indukované sféoplasty

Enzym lysozym způsobuje, že gramnegativní bakterie tvoří sféroplastiky, ale pouze v případě, že membránový permeabilizér, jako je laktoferin nebo ethylendiamintetraacetát (EDTA) se používá k usnadnění průchodu enzymu vnější membrána.[2][7] EDTA působí jako permeabilizátor vazbou na dvojmocné ionty, jako je Ca2+ a jejich odstranění z vnější membrány.[8]

Kvasinky Candida albicans lze pomocí enzymů převést na sféroplastiky lytikáza, chitináza a β-glukuronidáza.[9]

Použití a aplikace

Objev antibiotik

Od 60. do 90. let 20. století Merck and Co. jako primární metodu pro objev antibiotik, která inhibují biosyntézu buněčné stěny. Na této obrazovce navržené Eugenem Dulaneyem byly rostoucí bakterie vystaveny testovaným látkám za hypertonických podmínek. Inhibitory syntézy buněčné stěny způsobily, že rostoucí bakterie vytvořily sféroplastiky. Tato obrazovka umožnila objev fosfomycinu, cephamycin C., thienamycin a několik karbapenemy.[1]

Upínání záplat

An E-coli sferoplast opatřený skleněnou pipetou.

Speciálně připravené obří sféroidy z Gramnegativní bakterie lze použít ke studiu funkce bakterií iontové kanály prostřednictvím techniky zvané svorka, který byl původně navržen pro charakterizaci chování neurony a další dráždivé buňky. K přípravě obřích sféroplastů jsou bakterie ošetřeny a septace inhibitor (např. cefalexin ). To způsobuje tvorbu bakterií vlákna, podlouhlé buňky, které postrádají vnitřní příčné stěny.[10] Po určité době jsou buněčné stěny vláken stráveny a bakterie se zhroutí do velmi velkých koulí obklopených pouze jejich cytoplazmatický a vnější membrány. Membrány pak mohou být analyzovány na a svorka zařízení k určení fenotyp iontových kanálů v něm zabudovaných. Je také běžné overexpress konkrétní kanál, aby zesílil jeho účinek a usnadnil jeho charakterizaci.

Technika upínání patchů obří E-coli sféroplastiky byly použity ke studiu původního původu mechanosenzitivní kanály (MscL, MscS a MscM) z E-coli.[11][12] Bylo rozšířeno o studium dalších heterologně vyjádřeno iontové kanály a bylo prokázáno, že obří E-coli sferoplast lze použít jako expresní systém iontových kanálů srovnatelný s Xenopus oocyt.[13][14][15][16]

Lýza buněk

Droždí buňky jsou normálně chráněny tlustým buněčná stěna což ztěžuje extrakci buněčných proteinů.[Citace je zapotřebí ] Enzymatické štěpení buněčné stěny zymolyázou, vytvářející sféroplasty, činí buňky snadno zranitelnými lýza čisticími prostředky nebo rychlými změnami osmolárního tlaku.[9]

Transfekce

Bakteriální sféroplasty, s vhodnými rekombinantní DNA vložené do nich, lze použít transfektní zvířecí buňky. Sferoplasty s rekombinantní DNA jsou zavedeny do média obsahujícího zvířecí buňky a jsou fúzovány polyethylenglykol (KOLÍK). S touto metodou může téměř 100% živočišných buněk absorbovat cizí DNA.[17] Po provedení experimentů po změně Hanahan protokol používající chlorid vápenatý v E-coli, bylo zjištěno, že sféroplastiky mohou být schopné transformace při 4,9x10−4.[18]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Silver, L.L (2011). „Kapitola 2, Racionální přístupy k objevu antibiotik: předgenomický řízený a fenotypový screening“. In Dougherty, T .; Pucci, M. J. (eds.). Objev a vývoj antibiotik. Spojené státy americké: Springer. 33–75. doi:10.1007/978-1-4614-1400-1_2. ISBN  978-1-4614-1400-1.
  2. ^ A b C d E F Cushnie, T.P .; O’Driscoll, N.H .; Lamb, A.J. (2016). „Morfologické a ultrastrukturální změny v bakteriálních buňkách jako indikátor antibakteriálního mechanismu účinku“. Buněčné a molekulární biologické vědy. 73 (23): 4471–4492. doi:10.1007 / s00018-016-2302-2. hdl:10059/2129. PMID  27392605.
  3. ^ "Spheroplast". www.dictionary.com. Dictionary.com. 2019. Citováno 21. července 2019.
  4. ^ A b "Spheroplast". ahdictionary.com. The American Heritage Dictionary of the English Language. 2019. Citováno 21. července 2019.
  5. ^ A b C „Protoplasty a sféroplasty“. www.encyclopedia.com. Encyclopedia.com. 2016. Citováno 21. července 2019.
  6. ^ „Definice sféroidu“. www.merriam-webster.com. Merriam-Webster. 2019. Citováno 21. července 2019.
  7. ^ Tortora, G .; Funke, B .; Case, C. (2016). „Kapitola 4, Funkční anatomie prokaryotických a eukaryotických buněk“. Mikrobiologie: Úvod (12. vydání). Spojené státy americké: Pearson. p. 84. ISBN  978-0-321-92915-0.
  8. ^ Ninfa, A.J .; Ballou, D.P .; Benore, M. (2009). Základní laboratorní přístupy pro biochemii a biotechnologii (2. vyd.). Spojené státy americké: John Wiley & Sons, Inc. str. 234. ISBN  978-0-470-08766-4.
  9. ^ A b Calvert, C.M .; Sanders, D. (1995). „Inositoltrisfosfát závislý a nezávislý Ca2+ mobilizační dráhy na vakuolární membráně Candida albicans". The Journal of Biological Chemistry. 270 (13): 7272–80. doi:10.1074 / jbc.270.13.7272. PMID  7706267.
  10. ^ Kikuchi, K .; Sugiura, M .; Nishizawa-Harada, C .; Kimura, T. (2015). "Uplatnění Escherichia coli obrovský sféroplast pro screening léků s automatizovaným planárním upínacím systémem ". Zprávy o biotechnologii. 7: 17–23. doi:10.1016 / j.btre.2015.04.007. PMC  5466043. PMID  28626710.
  11. ^ Martinac, B .; Buechner, M .; Delcour, A.H .; Adler, J .; Kung, C. (1987). "Iontový kanál citlivý na tlak Escherichia coli". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 84 (8): 2297–2301. Bibcode:1987PNAS ... 84.2297M. doi:10.1073 / pnas.84.8.2297. PMC  304637. PMID  2436228.
  12. ^ Blount, P .; Sukharev, S.I .; Moe, P.C .; Kung, C. (1999). "Mechanosenzitivní kanály bakterií". Metody v enzymologii. 294: 458–482. doi:10.1016 / s0076-6879 (99) 94027-2. PMID  9916243.
  13. ^ Santos, J.S .; Lundby, A .; Zazueta, C .; Montal, M. (2006). "Molekulární šablona pro napěťový senzor v novém K+ kanál. I. Identifikace a funkční charakterizace KvLm, napěťově řízeného K.+ kanál z Listeria monocytogenes". Journal of General Physiology. 128 (3): 283–292. doi:10.1085 / jgp.200609572. PMC  2151562. PMID  16908725.
  14. ^ Nakayama, Y .; Fujiu, K .; Sokabe, M .; Yoshimura, K. (2007). "Molekulární a elektrofyziologická charakterizace mechanosenzitivního kanálu vyjádřeného v chloroplastech Chlamydomonas". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (14): 5883–5888. Bibcode:2007PNAS..104,5883N. doi:10.1073 / pnas.0609996104. PMC  1851586. PMID  17389370.
  15. ^ Kuo, M. M.-C .; Baker, K. A .; Wong, L .; Choe, S. (2007). „Dynamické oligomerní přeměny cytoplazmatických RCK domén zprostředkovávají aktivitu MthK draslíkového kanálu“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (7): 2151–2156. Bibcode:2007PNAS..104,2151K. doi:10.1073 / pnas.0609085104. PMC  1892972. PMID  17287352.
  16. ^ Kuo, M. M.-C .; Saimi, Y .; Kung, C .; Choe, S. (2007). „Patch-clamp a fenotypové analýzy prokaryotického cyklického nukleotidem řízeného K.+ kanál pomocí Escherichia coli jako hostitel “. Journal of Biological Chemistry. 282 (33): 24294–24301. doi:10,1074 / jbc.M703618200. PMC  3521034. PMID  17588940.
  17. ^ Gietz, R.D .; Woods, R.A. (2001). "Genetická transformace kvasinek". Biotechniky. 30 (4): 816–820, 822–826, 828. doi:10.2144 / 01304rv02. PMID  11314265.
  18. ^ Liu, I .; Liu, M .; Shergill, K. (2006). "Vliv tvorby sféroplastik na účinnost transformace v Escherichia coli DH5α " (PDF). Journal of Experimental Microbiology and Immunology. 9: 81–85.

externí odkazy