Сферопласт
Сферопласт (или сферопласт в британском языке) представляет собой микробную клетку, у которой клеточная стенка почти полностью удалена, например, под действием пенициллина или лизоцима. Согласно некоторым определениям, термин используется для описания грамотрицательных бактерий . [3] [4] Согласно другим определениям, этот термин также охватывает дрожжи . [5] [6] Название сферопласт связано с тем, что после переваривания клеточной стенки микроба натяжение мембраны приводит к тому, что клетка приобретает характерную сферическую форму. [4] Сферопласты осмотически хрупкие и будут лизировать , если их переместить в гипотонический раствор. [5]
При описании грамотрицательных бактерий термин сферопласт относится к клеткам, из которых пептидогликановый компонент, но не компонент внешней мембраны клеточной стенки. удален [2] [5]
Формирование сферопластов
[ редактировать ]Сферопласты, индуцированные антибиотиками
[ редактировать ]Различные антибиотики превращают грамотрицательные бактерии в сферопласты. К ним относятся ингибиторы синтеза пептидогликана, такие как фосфомицин , ванкомицин , моеномицин, лактивицин и β-лактамные антибиотики . [1] [2] Антибиотики, которые ингибируют биохимические пути непосредственно перед синтезом пептидогликана, также индуцируют сферопласты (например, фосмидомицин , фосфоенолпируват ). [1] [2]
Помимо вышеперечисленных антибиотиков, ингибиторы синтеза белка (например, хлорамфеникол , окситетрациклин , некоторые аминогликозиды ) и ингибиторы синтеза фолиевой кислоты (например, триметоприм , сульфаметоксазол ) также вызывают образование сферопластов грамотрицательными бактериями. [2]
Фермент-индуцированные сферопласты
[ редактировать ]Фермент лизоцим заставляет грамотрицательные бактерии образовывать сферопласты, но только в том случае, если используется мембранный пермеабилизатор, такой как лактоферрин или этилендиаминтетраацетат (ЭДТА) для облегчения прохождения фермента через внешнюю мембрану . [2] [7] ЭДТА действует как пермеабилизатор, связываясь с двухвалентными ионами, такими как Ca. 2+ и удаление их из внешней мембраны. [8]
Дрожжи Candida albicans можно превратить в сферопласты с помощью ферментов литиказы , хитиназы и β-глюкуронидазы . [9]
Использование и применение
[ редактировать ]Открытие антибиотиков
[ редактировать ]С 1960-х по 1990-е годы компания Merck and Co. использовала скрининг сферопластов в качестве основного метода открытия антибиотиков, ингибирующих биосинтез клеточной стенки. В этом экране, разработанном Юджином Дулани, растущие бактерии подвергались воздействию тестируемых веществ в гипертонических условиях. Ингибиторы синтеза клеточной стенки заставляли растущую бактерию образовывать сферопласты. Этот скрининг позволил открыть фосфомицин, цефамицин С , тиенамицин и несколько карбапенемов . [1]
Зажим патча
[ редактировать ]
Специально подготовленные гигантские сферопласты грамотрицательных бактерий можно использовать для изучения функции бактериальных ионных каналов с помощью метода, называемого патч-кламп , который изначально был разработан для характеристики поведения нейронов и других возбудимых клеток. Для получения гигантских сферопластов бактерии обрабатывают ингибитором септации (например, цефалексином ). Это заставляет бактерии образовывать нити — удлиненные клетки, лишенные внутренних поперечных стенок. [10] Через некоторое время клеточные стенки нитей перевариваются, и бактерии распадаются на очень большие сферы, окруженные только цитоплазматической и внешней мембранами. Затем мембраны можно проанализировать на патч-кламп- аппарате, чтобы определить фенотип встроенных в них ионных каналов. Также часто чрезмерно экспрессируют определенный канал, чтобы усилить его эффект и облегчить его характеристику.
Техника заплаточного зажима гигантских сферопластов E. coli была использована для изучения нативных механочувствительных каналов (MscL, MscS и MscM) E. coli . [11] [12] Он был расширен для изучения других гетерологично экспрессируемых ионных каналов, и было показано, что гигантский сферопласт E. coli может использоваться в качестве системы экспрессии ионных каналов, сравнимой с Xenopus ооцитом . [13] [14] [15] [16]
Лизис клеток
[ редактировать ]Дрожжевые клетки обычно защищены толстой клеточной стенкой , что затрудняет экстракцию клеточных белков. [ нужна ссылка ] Ферментативное расщепление клеточной стенки зимолиазой, в результате которого образуются сферопласты, делает клетки уязвимыми для легкого лизиса детергентами или быстрых изменений осмолярного давления. [9]
Трансфекция
[ редактировать ]Бактериальные сферопласты со встроенной в них подходящей рекомбинантной ДНК можно использовать для трансфекции клеток животных. Сферопласты с рекомбинантной ДНК вводят в среду, содержащую клетки животных, и сплавляют с полиэтиленгликолем (ПЭГ). С помощью этого метода почти 100% клеток животных могут поглощать чужеродную ДНК. [17] При проведении экспериментов по модифицированному протоколу Ханахана с использованием хлорида кальция в E. coli было установлено, что сферопласты могут трансформироваться при размере 4,9x10. −4 . [18]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Сильвер, LL (2011). «Рациональные подходы к открытию антибактериальных средств: прегеномный направленный и фенотипический скрининг». В Догерти, Т.; Пуччи, MJ (ред.). Открытие и разработка антибиотиков . Соединенные Штаты Америки: Спрингер. стр. 33–75. дои : 10.1007/978-1-4614-1400-1_2 . ISBN 978-1-4614-1400-1 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Кушни, ТП; О'Дрисколл, Нью-Хэмпшир; Лэмб, Эй Джей (2016). «Морфологические и ультраструктурные изменения в бактериальных клетках как показатель механизма антибактериального действия» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 73 (23): 4471–4492. дои : 10.1007/s00018-016-2302-2 . hdl : 10059/2129 . ПМЦ 11108400 . ПМИД 27392605 . S2CID 2065821 .
- ^ «Сферопласт» . www.dictionary.com . Словарь.com. 2019 . Проверено 21 июля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Сферопласт» . ahdictionary.com . Словарь английского языка американского наследия. 2019 . Проверено 21 июля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Протопласты и сферопласты» . www.энциклопедия.com . Энциклопедия.com. 2016 . Проверено 21 июля 2019 г.
- ^ «Определение сферопласта» . www.merriam-webster.com . Мерриам-Вебстер. 2019 . Проверено 21 июля 2019 г.
- ^ Тортора, Г.; Функе, Б.; Кейс, К. (2016). «Глава 4, Функциональная анатомия прокариотических и эукариотических клеток». Микробиология: Введение (12-е изд.). Соединенные Штаты Америки: Пирсон. п. 84. ИСБН 978-0-321-92915-0 .
- ^ Нинфа, Эй Джей; Баллоу, ДП; Бенор, М. (2009). Фундаментальные лабораторные подходы к биохимии и биотехнологии (2-е изд.). Соединенные Штаты Америки: John Wiley & Sons, Inc., с. 234. ИСБН 978-0-470-08766-4 .
- ^ Перейти обратно: а б Калверт, CM; Сандерс, Д. (1995). «Инозитолтрифосфатзависимый и -независимый Ca 2+ Пути мобилизации на вакуолярной мембране Candida albicans » . Журнал биологической химии . 270 (13): 7272–80. doi : 10.1074/jbc.270.13.7272 . PMID 7706267 .
- ^ Кикучи, К.; Сугиура, М.; Нисидзава-Харада, К.; Кимура, Т. (2015). «Применение гигантского сферопласта Escherichia coli для скрининга лекарств с помощью автоматизированной системы плоского патч-клампа» . Отчеты о биотехнологиях . 7 :17–23. дои : 10.1016/j.btre.2015.04.007 . ПМК 5466043 . ПМИД 28626710 .
- ^ Мартинак, Б.; Бюхнер, М.; Делькур, АХ; Адлер, Дж.; Кунг, К. (1987). «Чувствительный к давлению ионный канал в Escherichia coli » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 84 (8): 2297–2301. Бибкод : 1987PNAS...84.2297M . дои : 10.1073/pnas.84.8.2297 . ПМК 304637 . ПМИД 2436228 .
- ^ Блаунт, П.; Сухарев С.И.; Мо, ПК; Кунг, К. (1999). «Механочувствительные каналы бактерий». Ионные каналы . Часть C. Методы энзимологии. Том. 294. стр. 458–482. дои : 10.1016/s0076-6879(99)94027-2 . ISBN 978-0-12-182195-1 . ПМИД 9916243 .
- ^ Сэйнтс, Дж.С.; Лундби, А.; Зазуэта, К.; Монталь, М. (2006). «Молекулярный шаблон датчика напряжения в романе К». + канал. I. Идентификация и функциональная характеристика KvLm, потенциалзависимого K + канал от Listeria monocytogenes » . Журнал общей физиологии . 128 (3): 283–292. : 10.1085 /jgp.200609572 . PMC 2151562. . PMID 16908725 doi
- ^ Накаяма, Ю.; Фудзю, К.; Сокабе, М.; Ёсимура, К. (2007). «Молекулярная и электрофизиологическая характеристика механочувствительного канала, экспрессируемого в хлоропластах хламидомонады » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (14): 5883–5888. Бибкод : 2007PNAS..104.5883N . дои : 10.1073/pnas.0609996104 . ПМЦ 1851586 . ПМИД 17389370 .
- ^ Куо, ММ-С.; Бейкер, Калифорния; Вонг, Л.; Чоу, С. (2007). «Динамические олигомерные преобразования цитоплазматических доменов RCK опосредуют активность калиевых каналов MthK» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (7): 2151–2156. Бибкод : 2007PNAS..104.2151K . дои : 10.1073/pnas.0609085104 . ПМК 1892972 . ПМИД 17287352 .
- ^ Куо, ММ-С.; Сайми, Ю.; Кунг, К.; Чоу, С. (2007). «Патч-зажим и фенотипический анализ прокариотического циклического нуклеотид-управляемого K + канал с использованием coli в качестве хозяина» . Journal of Biological Chemistry . 282 (33): 24294–24301. doi : 10.1074/jbc.M703618200 . PMC 3521034. Escherichia PMID 17588940 .
- ^ Гитц, Р.Д.; Вудс, РА (2001). «Генетическая трансформация дрожжей» . БиоТехники . 30 (4): 816–820, 822–826, 828. doi : 10.2144/01304rv02 . ПМИД 11314265 .
- ^ Лю, И.; Лю, М.; Шергилл, К. (2006). «Влияние образования сферопластов на эффективность трансформации Escherichia coli DH5α» (PDF) . Журнал экспериментальной микробиологии и иммунологии . 9 : 81–85.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Сферопласты Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)