L-форма бактерий - L-form bacteria

Просвечивающая электронная микрофотография L-формы Bacillus subtilis. В клетках отсутствует электронно-плотный клеточная стенка нормальных бактерий. Шкала шкалы 500 нанометры.

L-форма бактерий, также известный как L-фаза бактерий, Варианты L-фазы, и клеточная стенка с дефицитом (CWD) бактерии, находятся напряжения из бактерии это отсутствие клеточные стенки.[1] Впервые они были изолированы в 1935 г. Эмми Клинебергер-Нобель, кто их назвал "L-формы" после Lister Institute в Лондоне, где она работала.[2]

Различают два типа L-форм: нестабильные L-формы, сферопласты которые способны к делению, но могут вернуться к исходной морфологии, и стабильные L-формы, L-формы, которые не могут вернуться к исходным бактериям.

Некоторые паразитарные виды бактерий, такие как микоплазма, также не имеют клеточной стенки,[3] но они не считаются L-формами, поскольку они не происходят от бактерий, которые обычно имеют клеточные стенки.[4]

Внешний вид и деление клеток

Просвечивающая электронная микрофотография популяции L-формы Bacillus subtilis, показывающий диапазон размеров. Шкала шкалы 10 микрометры.

Бактериальная морфология определяется клеточная стенка. Поскольку L-форма не имеет клеточной стенки, ее морфология отличается от таковой у штамма бактерий, от которого она произошла. Типичные клетки L-формы: сферы или же сфероиды. Например, L-формы палочковидной бактерии Bacillus subtilis кажутся круглыми при просмотре фазово-контрастная микроскопия или по просвечивающая электронная микроскопия.[5]

Хотя L-формы могут развиваться из Грамположительный а также от Грамотрицательные бактерии, в Тест окраски по Граму, L-формы всегда окрашены в грамотрицательный цвет из-за отсутствия клеточной стенки.

Клеточная стенка важна для деление клеток, что у большинства бактерий происходит двойное деление. Для этого процесса обычно требуется клеточная стенка и компоненты бактериальный цитоскелет Такие как FtsZ. Способность бактерий L-формы расти и делиться в отсутствие обеих этих структур очень необычна и может представлять собой форму деления клеток, которая была важна для ранних форм жизни. Этот новый способ деления, по-видимому, включает удлинение тонких выступов на поверхности клетки, а затем эти выступы отщипываются, образуя новые клетки. Отсутствие клеточной стенки у L-форм означает, что деление дезорганизовано, что приводит к появлению клеток различного размера, от очень маленьких до очень больших.[1]

Фазово-контрастное изображение клеток L-формы из Bacillus subtilis показывая диапазон размеров. Шкала 5 микрометров.

Поколение в культурах

L-формы могут быть получены в лаборатории из многих видов бактерий, которые обычно имеют клеточные стенки, такие как Bacillus subtilis или же кишечная палочка. Это делается путем подавления пептидогликан синтез антибиотиками или обработка клеток лизоцим, фермент, который переваривает клеточные стенки. L-формы генерируются в такой же культуральной среде. осмолярность как бактериальный цитозоль (ан изотонический раствор ), что предотвращает лизис клеток осмотический шок.[2] Штаммы L-формы могут быть нестабильными, стремясь вернуться к нормальной форме бактерий за счет повторного роста клеточной стенки, но этого можно предотвратить путем длительного культивирования клеток в тех же условиях, которые использовались для их производства - позволяя мутации, выводящие из строя стены, чтобы накапливаться генетический дрейф.[6]

Некоторые исследования выявили мутации которые происходят, поскольку эти штаммы происходят от нормальных бактерий.[1][2] Одна такая точечная мутация D92E находится в ферменте yqiD/ispA (P54383) участвует в мевалонатный путь из липидный обмен что увеличивало частоту образования L-формы в 1000 раз.[1] Причина этого эффекта неизвестна, но предполагается, что увеличение связано с ролью этого фермента в обеспечении важности липидов в синтезе пептидогликана.

Другая методология индукции основана на нанотехнологии и ландшафтная экология. Микрофлюидика устройства могут быть построены, чтобы бросить вызов пептидогликан синтез крайним пространственным ограничением. После биологическое распространение через суженную (субмикрометровую шкалу) биологический коридор соединение смежных участки микро обитания, L-форма-подобные клетки могут быть получены[7] использование (синтетической) экосистемы на основе микрофлюификса, реализующей адаптивный ландшафт[8] отбор фенотипов, изменяющих форму, подобных L-формам.

Значение и приложения

Некоторые публикации предполагают, что бактерии L-формы могут вызывать заболевания у людей,[9] и другие животные[10] но, как доказательство того, что связывает эти организмы болезни отрывочно и часто противоречиво, эта гипотеза остается спорной.[11][12] Две крайние точки зрения на этот вопрос состоят в том, что бактерии L-формы являются либо лабораторным курьезом, не имеющим клинического значения, либо важными, но недооцененными причинами болезней.[4] Исследования L-формы бактерий продолжаются. Например, микроорганизмы L-формы наблюдались в легких мышей после экспериментальной инокуляции Nocardia caviae,[13][14] и недавнее исследование показало, что эти организмы могут инфицировать иммуносупрессивный пациенты, перенесшие трансплантация костного мозга.[15] Было высказано предположение, что образование штаммов бактерий, лишенных клеточных стенок, играет важную роль в приобретении бактериального устойчивость к антибиотикам.[16][17]

Бактерии L-формы могут быть полезны в исследованиях ранних форм жизни и в биотехнология. Эти штаммы исследуются на предмет возможного использования в биотехнологии в качестве штаммов-хозяев для рекомбинантных производство белка.[18][19][20] Здесь отсутствие клеточной стенки может позволить производить большое количество секретируемых белков, которые в противном случае накапливались бы в периплазматическое пространство бактерий.[21][22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Ливер М., Домингес-Куэвас П., Коксхед Дж. М., Дэниел Р. А., Эррингтон Дж. (Февраль 2009 г.). «Жизнь без стены или машины деления в Bacillus subtilis». Природа. 457 (7231): 849–53. Bibcode:2009Натура.457..849л. Дои:10.1038 / природа07742. PMID  19212404.
  2. ^ а б c Joseleau-Petit D, Liébart JC, Ayala JA, D'Ari R (сентябрь 2007 г.). «Пересмотр нестабильных L-форм Escherichia coli: для роста требуется синтез пептидогликана». J. Bacteriol. 189 (18): 6512–20. Дои:10.1128 / JB.00273-07. ЧВК  2045188. PMID  17586646.
  3. ^ Разин С., Йогев Д., Наот Ю. (декабрь 1998 г.). «Молекулярная биология и патогенность микоплазм». Microbiol. Мол. Биол. Rev. 62 (4): 1094–156. Дои:10.1128 / MMBR.62.4.1094-1156.1998. ЧВК  98941. PMID  9841667.
  4. ^ а б Доминге Дж. Дж., Вуди Х. Б. (апрель 1997 г.). «Бактериальная устойчивость и проявление болезни». Clin. Microbiol. Rev. 10 (2): 320–44. Дои:10.1128 / CMR.10.2.320. ЧВК  172922. PMID  9105757. Полный PDF
  5. ^ Гилпин Р.В., Янг Ф.Э., Чаттерджи А.Н. (январь 1973 г.). «Характеристика стабильной L-формы Bacillus subtilis 168». J. Bacteriol. 113 (1): 486–99. Дои:10.1128 / JB.113.1.486-499.1973. ЧВК  251652. PMID  4631836.
  6. ^ Аллан EJ (апрель 1991 г.). «Индукция и культивирование стабильной L-формы Bacillus subtilis». J. Appl. Бактериол. 70 (4): 339–43. Дои:10.1111 / j.1365-2672.1991.tb02946.x. PMID  1905284.
  7. ^ Männik J .; Р. Дриссен; П. Галайда; Дж. Э. Кеймер; К. Деккер (сентябрь 2009 г.). «Бактериальный рост и подвижность в субмикронных сужениях». PNAS. 106 (35): 14861–14866. Bibcode:2009ПНАС..10614861М. Дои:10.1073 / pnas.0907542106. ЧВК  2729279. PMID  19706420.
  8. ^ Keymer J.E .; П. Галайда; C. Muldoon R .; Р. Остин (ноябрь 2006 г.). «Бактериальные метапопуляции в нанотехнологических ландшафтах». PNAS. 103 (46): 17290–295. Bibcode:2006ПНАС..10317290К. Дои:10.1073 / pnas.0607971103. ЧВК  1635019. PMID  17090676.
  9. ^ Wall S, Kunze ZM, Saboor S, Soufleri I, Seechurn P, Chiodini R, McFadden JJ (1993). «Идентификация сферопластоподобных агентов, выделенных из тканей пациентов с болезнью Крона и контрольных тканей с помощью полимеразной цепной реакции». J. Clin. Микробиол. 31 (5): 1241–5. Дои:10.1128 / JCM.31.5.1241-1245.1993. ЧВК  262911. PMID  8501224.
  10. ^ Халтен К., Карттунен Т.Дж., Эль-Зимайти Х.М., Насер С.А., Коллинз М.Т., Грэм Д.Ю., Эль-Заатари Ф.А. (2000). «Идентификация форм M. avium subsp. Paratuberculosis с дефицитом клеточной стенки в залитых парафином тканях животных с болезнью Джона путем гибридизации in situ». J. Microbiol. Методы. 42 (2): 185–95. Дои:10.1016 / S0167-7012 (00) 00185-8. PMID  11018275.
  11. ^ Onwuamaegbu ME, Belcher RA, Soare C (2005). «Бактерии с дефицитом клеточной стенки как причина инфекций: обзор клинического значения» (PDF). J. Int. Med. Res. 33 (1): 1–20. Дои:10.1177/147323000503300101. PMID  15651712. Архивировано из оригинал (PDF) 24 августа 2009 г.
  12. ^ Casadesús J (декабрь 2007 г.). «Бактериальные L-формы требуют синтеза пептидогликана для деления клеток». BioEssays. 29 (12): 1189–91. Дои:10.1002 / bies.20680. PMID  18008373.
  13. ^ Бимэн Б.Л. (июль 1980 г.). «Индукция L-фазы вариантов Nocardia caviae в интактных легких мыши». Заразить. Иммунная. 29 (1): 244–51. Дои:10.1128 / IAI.29.1.244-251.1980. ЧВК  551102. PMID  7399704.
  14. ^ Биман Б.Л., Скейтс С.М. (сентябрь 1981 г.). «Роль L-форм Nocardia caviae в развитии хронических мицетом на нормальных и иммунодефицитных моделях мышей». Заразить. Иммунная. 33 (3): 893–907. Дои:10.1128 / IAI.33.3.893-907.1981. ЧВК  350795. PMID  7287189.
  15. ^ Woo PC, Wong SS, Lum PN, Hui WT, Yuen KY (март 2001 г.). «Бактерии с дефицитом клеточной стенки и эпизоды лихорадки с отрицательной культурой у реципиентов трансплантата костного мозга». Ланцет. 357 (9257): 675–9. Дои:10.1016 / S0140-6736 (00) 04131-3. PMID  11247551.
  16. ^ Фуллер Э., Элмер С., Наттресс Ф. и др. (Декабрь 2005 г.). «Устойчивость к β-лактамам в клетках Staphylococcus aureus, которым для целостности не требуется клеточная стенка». Антимикробный. Агенты Chemother. 49 (12): 5075–80. Дои:10.1128 / AAC.49.12.5075-5080.2005. ЧВК  1315936. PMID  16304175.
  17. ^ Возможная роль переключения L-формы в рецидивирующей инфекции мочевыводящих путей Природа, 2019
  18. ^ Зибен, Стефан (апрель 1998 г.). «Стабильный Protoplasten-Typ L-Formen von Proteus mirabilis als neues Expressionssystem für sekretorische Proteine ​​und Integrale Mempranproteine». Диссертация Universität Jena. OCLC  246350676.
  19. ^ Зибен С., Хертл Р., Гумперт Дж., Браун В. (октябрь 1998 г.). «Гемолизин Serratia marcescens секретируется, но не активируется стабильными L-формами протопластного типа Proteus mirabilis». Arch. Микробиол. 170 (4): 236–42. Дои:10.1007 / s002030050638. PMID  9732437.
  20. ^ Гумперт Дж., Хойшен С. (октябрь 1998 г.). «Использование бактерий без клеточной стенки (L-формы) для эффективной экспрессии и секреции продуктов гетерологичных генов». Текущее мнение в области биотехнологии. 9 (5): 506–9. Дои:10.1016 / S0958-1669 (98) 80037-2. PMID  9821280.
  21. ^ Риппманн Дж. Ф., Кляйн М., Хойшен С. и др. (1 декабря 1998 г.). «Прокариотическая экспрессия антител к одноцепочечному вариабельному фрагменту (scFv): секреция в клетках L-формы Proteus mirabilis приводит к получению активного продукта и преодолевает ограничения периплазматической экспрессии в Escherichia coli». Appl. Environ. Микробиол. 64 (12): 4862–9. Дои:10.1128 / AEM.64.12.4862-4869.1998. ЧВК  90935. PMID  9835575.
  22. ^ Чхве Дж. Х., Ли Си (июнь 2004 г.). «Секреторная и внеклеточная продукция рекомбинантных белков с использованием Escherichia coli». Appl. Microbiol. Биотехнология. 64 (5): 625–35. Дои:10.1007 / s00253-004-1559-9. PMID  14966662.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка