L-форма бактерий
Бактерии L-формы , также известные как бактерии L-фазы , варианты L-фазы или бактерии с дефицитом клеточной стенки ( CWDB ), представляют собой формы роста, полученные из различных бактерий . У них отсутствуют клеточные стенки . [1] Выделяют два типа L-форм: нестабильные L-формы , сферопласты , способные делиться, но способные возвращаться к исходной морфологии, и стабильные L-формы , L-формы, не способные вернуться к исходным бактериям.
Открытие и ранние исследования
[ редактировать ]Бактерии L-формы были впервые выделены в 1935 году Эмми Клинебергер-Нобель , которая назвала их « L-формами » в честь Института Листера в Лондоне, где она работала. [2]
Сначала она интерпретировала эти формы роста как симбионтов, связанных с организмами, подобными плевропневмонии (PPLO, позже обычно называемыми микоплазмами). [3] Микоплазмы (теперь в научной классификации называемые Mollicutes ), паразитические или сапротрофные виды бактерий, также лишены клеточной стенки (отсутствует пептидогликан/муреин). [4] [5] Морфологически они напоминают бактерии L-формы. Поэтому микоплазмы раньше иногда считали стабильными L-формами или из-за их малых размеров даже вирусами, но филогенетический анализ идентифицировал их как бактерии, утратившие в ходе эволюции клеточные стенки. [6] И микоплазмы, и бактерии L-формы устойчивы к пенициллину .
После открытия PPLO (микоплазм/ молликутов ) и бактерий L-формы их способ размножения (пролиферация) стал основным предметом дискуссий. В 1954 году с помощью фазово-контрастной микроскопии непрерывные наблюдения за живыми клетками показали, что бактерии L-формы (ранее также называемые бактериями L-фазы) и организмы, подобные плевропневмонии (PPLO, теперь микоплазмы/ молликуты ) не размножаются путем бинарного деления. , но с помощью одно- или многополярного механизма почкования . Представлены серии микрофотографий растущих микрокультур различных штаммов бактерий L-формы, PPLO и в качестве контроля вида Micrococcus (делящегося бинарным делением). [3] Дополнительно были проведены электронно-микроскопические исследования. [7]
Внешний вид и деление клеток
[ редактировать ]
Морфология бактерий определяется клеточной стенкой . Поскольку L-форма не имеет клеточной стенки, ее морфология отличается от морфологии штамма бактерий, из которого она произошла. Типичные клетки L-формы представляют собой сферы или сфероиды . Например, L-формы палочковидной бактерии Bacillus subtilis кажутся круглыми при просмотре с помощью фазово-контрастной микроскопии или просвечивающей электронной микроскопии . [8]
Хотя L-формы могут развиваться как из грамположительных, так и из грамотрицательных бактерий , при окрашивании по Граму L-формы всегда окрашиваются в грамотрицательную окраску из-за отсутствия клеточной стенки.
Клеточная стенка важна для деления клеток , которое у большинства бактерий происходит путем бинарного деления . Для этого процесса обычно требуются клеточная стенка и компоненты бактериального цитоскелета, такие как FtsZ . Способность бактерий L-формы и микоплазм расти и делиться в отсутствие обеих этих структур весьма необычна и может представлять собой форму клеточного деления, которая была важна на ранних формах жизни. Этот способ деления, по-видимому, включает в себя вытягивание тонких выступов с поверхности клетки, которые затем отщипываются, образуя новые клетки. Отсутствие клеточной стенки у L-форм означает, что деление дезорганизовано, что приводит к образованию клеток самых разных размеров: от очень маленьких до очень больших. [1]
Поколение в культурах
[ редактировать ]L-формы могут быть получены в лаборатории из многих видов бактерий, обычно имеющих клеточные стенки, таких как Bacillus subtilis или Escherichia coli . Это делается путем ингибирования синтеза пептидогликана с помощью антибиотиков или обработки клеток лизоцимом , ферментом, который расщепляет клеточные стенки. L-формы генерируются в культуральной среде, имеющей ту же осмолярность , что и бактериальный цитозоль ( изотонический раствор ), что предотвращает лизис клеток в результате осмотического шока . [2] Штаммы L-формы могут быть нестабильными, имея тенденцию возвращаться 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 получения, т.е. мутации, выводящие из строя стены, накапливаются в результате генетического дрейфа . [9]
Некоторые исследования выявили возникающие мутации , поскольку эти штаммы происходят от нормальных бактерий. [1] [2] Одна из таких точечных мутаций D92E находится в ферменте yqiD / ispA ( P54383 ), участвующем в мевалонатном пути липидного обмена , что увеличивает 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 опирается на нанотехнологии и ландшафтную экологию . Устройства микрофлюидики могут быть созданы для того, чтобы бросить вызов синтезу пептидогликана за счет чрезвычайного пространственного ограничения. После биологического распространения через суженный (субмикрометровый масштаб) биологический коридор, соединяющий соседние участки микросреды обитания , могут быть получены L-подобные клетки. [10] использование (синтетической) экосистемы на основе микрофлюиксов, реализующей адаптивный ландшафт [11] отбор фенотипов, меняющих форму, подобных L-формам.
Значение и приложения
[ редактировать ]Некоторые публикации предполагают, что бактерии L-формы могут вызывать заболевания у людей. [12] и другие животные [13] но поскольку доказательства, связывающие эти организмы с болезнями, фрагментарны и часто противоречивы, эта гипотеза остается спорной. [14] [15] Две крайние точки зрения на этот вопрос заключаются в том, что бактерии L-формы являются либо лабораторными диковинками, не имеющими клинического значения, либо важными, но недооцененными причинами заболеваний. [5] Исследования бактерий L-формы продолжаются. Например, организмы L-формы наблюдались в легких мышей после экспериментальной инокуляции Nocardia caviae . [16] [17] а недавнее исследование показало, что эти организмы могут инфицировать пациентов с ослабленным иммунитетом , перенесших трансплантацию костного мозга . [18] Также предполагается, что образование штаммов бактерий, лишенных клеточных стенок, играет важную роль в приобретении бактериальной устойчивости к антибиотикам . [19] [20]
Бактерии L-формы могут быть полезны в исследованиях ранних форм жизни и в биотехнологии . Эти штаммы исследуются на предмет возможного использования в биотехнологии в качестве штаммов-хозяев для производства рекомбинантного белка . [21] [22] [23] Здесь отсутствие клеточной стенки может позволить производить большое количество секретируемых белков, которые в противном случае накапливались бы в периплазматическом пространстве бактерий. [24] [25]
Бактерии L-формы рассматриваются как клетки-персистеры и источник рецидивирующей инфекции, которая представляет медицинский интерес. [26]
См. также
[ редактировать ]- Mycoplasmataceae их мембраны дополнены стеролами . — лишены пептидогликана, но для стабильности
- Протопласт
- Сферопласт
- Ультрамикробактерии
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Ливер М., Домингес-Куэвас П., Коксхед Дж.М., Дэниел Р.А., Эррингтон Дж. (февраль 2009 г.). «Жизнь без стены или машины разделения у Bacillus subtilis». Природа . 457 (7231): 849–53. Бибкод : 2009Natur.457..849L . дои : 10.1038/nature07742 . ПМИД 19212404 . S2CID 4413852 .
- ^ Jump up to: а б с Жозело-Пети Д., Либар Ж.К., Айала Х.А., Д'Ари Р. (сентябрь 2007 г.). «Возвращение к нестабильным формам L Escherichia coli: для роста необходим синтез пептидогликана» . Дж. Бактериол . 189 (18): 6512–20. дои : 10.1128/JB.00273-07 . ПМК 2045188 . ПМИД 17586646 .
- ^ Jump up to: а б Кандлер, Гертрауд; Кандлер, Отто (1954). «Исследования по морфологии и размножению (пролиферации) плевропневмоноподобных организмов и по L-фазе бактерий. I. Светомикроскопические исследования» [Исследования по морфологии и размножению (пролиферации) плевропневмоноподобных организмов и по бактериальной L-фазе , I. Световая микроскопия (теперь микоплазмы и бактерии L-формы)] (PDF) . Архив микробиологии (на немецком языке). 21 (2). (Статья доступна на английском языке): 178–201. дои : 10.1007/BF01816378 . ПМИД 14350641 . S2CID 21257985 .
- ^ Разин С., Йогев Д., Наот Ю. (декабрь 1998 г.). «Молекулярная биология и патогенность микоплазм» . Микробиол. Мол. Биол. Преподобный . 62 (4): 1094–156. дои : 10.1128/MMBR.62.4.1094-1156.1998 . ПМК 98941 . ПМИД 9841667 .
- ^ Jump up to: а б Доминг Дж.Дж., Вуди Х.Б. (апрель 1997 г.). «Бактериальная персистенция и проявления заболеваний» . Клин. Микробиол. Преподобный . 10 (2): 320–44. дои : 10.1128/CMR.10.2.320 . ПМК 172922 . ПМИД 9105757 . Полный PDF-файл
- ^ Вёзе, Карл Р .; Манилофф Дж.; Заблен, Л.Б. (1980). «Филогенетический анализ микоплазм» (PDF) . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 77 (1): 494–498. Бибкод : 1980PNAS...77..494W . дои : 10.1073/pnas.77.1.494 . ПМК 348298 . ПМИД 6928642 .
- ^ Кандлер, Гертрауд; Кандлер, Отто ; Хубер, Оскар (1954). «Исследования по морфологии и размножению (пролиферации) плевропневмоноподобных организмов и по L-фазе бактерий. II. Электронно-микроскопические исследования» [Исследования по морфологии и размножению (пролиферации) плевропневмоноподобных организмов и по бактериальной L-фазе , II Электронная микроскопия (теперь микоплазмы и бактерии L-формы)] (PDF) . Архив микробиологии (на немецком языке). 21 (2). (Статья доступна на английском языке): 202–216. дои : 10.1007/BF01816379 . ПМИД 1435064 . S2CID 45546531 .
- ^ Гилпин Р.В., Янг Ф.Е., Чаттерджи А.Н. (январь 1973 г.). «Характеристика стабильной L-формы Bacillus subtilis 168» . Дж. Бактериол . 113 (1): 486–99. дои : 10.1128/JB.113.1.486-499.1973 . ПМК 251652 . ПМИД 4631836 .
- ^ Аллан Э.Дж. (апрель 1991 г.). «Индукция и культивирование стабильной L-формы Bacillus subtilis». Журнал прикладной бактериологии . 70 (4): 339–43. дои : 10.1111/j.1365-2672.1991.tb02946.x . ПМИД 1905284 .
- ^ Мянник Ю.; Р. Дриссен; П. Галайда; Дж. Э. Кеймер; К. Деккер (сентябрь 2009 г.). «Рост бактерий и подвижность в субмикронных перетяжках» . ПНАС . 106 (35): 14861–14866. Бибкод : 2009PNAS..10614861M . дои : 10.1073/pnas.0907542106 . ПМК 2729279 . ПМИД 19706420 .
- ^ Кеймер Дж.Э.; П. Галайда; К. Малдун Р.; Р. Остин (ноябрь 2006 г.). «Бактериальные метапопуляции в нано-ландшафтах» . ПНАС . 103 (46): 17290–295. Бибкод : 2006PNAS..10317290K . дои : 10.1073/pnas.0607971103 . ПМК 1635019 . ПМИД 17090676 .
- ^ Уолл С., Кунце З.М., Сабур С., Суфлери И., Сичурн П., Чиодини Р., Макфадден Дж.Дж. (1993). «Идентификация сферопластоподобных агентов, выделенных из тканей больных болезнью Крона и контрольных тканей методом полимеразной цепной реакции» . Дж. Клин. Микробиол . 31 (5): 1241–5. doi : 10.1128/JCM.31.5.1241-1245.1993 . ПМК 262911 . ПМИД 8501224 .
- ^ Хультен 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 парафиновых тканях животных с болезнью Иона путем гибридизации in situ». Дж. Микробиол. Методы . 42 (2): 185–95. дои : 10.1016/S0167-7012(00)00185-8 . ПМИД 11018275 .
- ^ Онвуамэгбу М.Э., Белчер Р.А., Соаре С. (2005). «Бактерии с дефицитом клеточной стенки как причина инфекций: обзор клинического значения» (PDF) . Дж. Межд. Мед. Рез . 33 (1): 1–20. дои : 10.1177/147323000503300101 . ПМИД 15651712 . S2CID 24781904 . Архивировано из оригинала (PDF) 24 августа 2009 года.
- ^ Касадесус Дж. (декабрь 2007 г.). «Бактериальные L-формы требуют синтеза пептидогликана для деления клеток». Биоэссе . 29 (12): 1189–91. doi : 10.1002/bies.20680 . ПМИД 18008373 . S2CID 9863534 .
- ^ Биман Б.Л. (июль 1980 г.). «Индукция L-фазных вариантов Nocardia caviae в интактных легких мышей» . Заразить. Иммунитет . 29 (1): 244–51. дои : 10.1128/IAI.29.1.244-251.1980 . ПМК 551102 . ПМИД 7399704 .
- ^ Биман Б.Л., Скейтс С.М. (сентябрь 1981 г.). «Роль L-форм Nocardia caviae в развитии хронических мицетом на нормальных и иммунодефицитных мышиных моделях» . Заразить. Иммунитет . 33 (3): 893–907. дои : 10.1128/IAI.33.3.893-907.1981 . ПМК 350795 . ПМИД 7287189 .
- ^ Ву ПК, Вонг С.С., Лум П.Н., Хуэй В.Т., Юэнь К.Ю. (март 2001 г.). «Бактерии с дефицитом клеточной стенки и эпизоды лихорадки с отрицательными культурами у реципиентов трансплантата костного мозга». Ланцет . 357 (9257): 675–9. дои : 10.1016/S0140-6736(00)04131-3 . ПМИД 11247551 . S2CID 1295920 .
- ^ Фуллер Э., Элмер С., Наттресс Ф. и др. (декабрь 2005 г.). «Резистентность к β-лактамам в клетках золотистого стафилококка, которым для целостности не требуется клеточная стенка» . Антимикроб. Агенты Чематер . 49 (12): 5075–80. doi : 10.1128/AAC.49.12.5075-5080.2005 . ПМЦ 1315936 . ПМИД 16304175 .
- ^ Мицкевич, Катажина М.; Каваи, Ёсиказу; Драге, Лорен; Гомес, Маргарида К.; Дэвисон, Фрэнсис; Пикард, Роберт; Холл, Джудит; Мостовой, Серж; Олдридж, Филипп Д.; Эррингтон, Джефф (2019). «Возможная роль переключения L-формы при рецидивирующей инфекции мочевыводящих путей» . Природные коммуникации . 10 (1): 4379. Бибкод : 2019NatCo..10.4379M . дои : 10.1038/s41467-019-12359-3 . ПМК 6763468 . ПМИД 31558767 .
- ^ Семь, Стефан (апрель 1998 г.). «Стабильные формы протопласта типа L Proteus mirabilis как новая система экспрессии секреторных белков и интегральных мембранных белков». Диссертация Йенского университета . OCLC 246350676 .
- ^ 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». Арх. Микробиол . 170 (4): 236–42. Бибкод : 1998ArMic.170..236S . дои : 10.1007/s002030050638 . ПМИД 9732437 . S2CID 23295806 .
- ^ Гумперт Дж., Хойшен К. (октябрь 1998 г.). «Использование бактерий без клеточной стенки (L-форм) для эффективной экспрессии и секреции гетерологичных генных продуктов». Современное мнение в области биотехнологии . 9 (5): 506–9. дои : 10.1016/S0958-1669(98)80037-2 . ПМИД 9821280 .
- ^ Риппманн Дж. Ф., Кляйн М., Хойшен С. и др. (1 декабря 1998 г.). «Прокариотическая экспрессия антител с одноцепочечным вариабельным фрагментом (scFv): секреция в клетках L-формы Proteus mirabilis приводит к образованию активного продукта и преодолевает ограничения периплазматической экспрессии в Escherichia coli» . Прил. Окружающая среда. Микробиол . 64 (12): 4862–9. Бибкод : 1998ApEnM..64.4862R . дои : 10.1128/АЕМ.64.12.4862-4869.1998 . ПМК 90935 . ПМИД 9835575 .
- ^ Чхве Дж. Х., Ли С. И. (июнь 2004 г.). «Секреторное и внеклеточное производство рекомбинантных белков с использованием Escherichia coli». Прил. Микробиол. Биотехнология . 64 (5): 625–35. дои : 10.1007/s00253-004-1559-9 . ПМИД 14966662 . S2CID 9923116 .
- ^ Эмами К., Бэнкс П., Ву Л.Дж., Эррингтон Дж. (2023). «Перепрофилирование препаратов со специфической активностью в отношении бактерий L-формы» . Передний микробиол . 14 : 1097413. дои : 10.3389/fmicb.2023.1097413 . ПМЦ 10110866 . ПМИД 37082179 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Домингу, Джеральд Дж. (1982). Бактерии с дефицитом клеточной стенки: основные принципы и клиническое значение . Ридинг, Массачусетс: Паб Addison-Wesley. компании ISBN 978-0-201-10162-1 .
- Мэттман, Лида Х. (2001). Формы с дефицитом клеточной стенки: скрытые патогены . Бока-Ратон: CRC. ISBN 978-0-8493-8767-8 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Errington Group в Университете Ньюкасла
- Ученые исследуют новое окно в происхождении жизни. Пресс-релиз Университета Ньюкасла, 2009 г.
| Медицинский микробиология | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Биохимия и экология |
| ||||||
| Форма | |||||||
| Структура |
| ||||||
| Таксономия и эволюция | |||||||
