Jedna z prvních věcí, které se naučíte v bakteriologii je, že bakterie se v různých tvarech. Není to obrovská škála tvarů, ale hlavní tvary jsou sférické, tyčovitý, nebo spirála. Sférické bakterie mají smysl, protože koule je poměrně jednoduchý tvar, do kterého rostou, a řetězce nebo kolonie bakterií jim umožňují šířit se do jejich prostředí. Podobně tyč je dobrý tvar pro bakterie, které se pohybují kolem hodně, což jim větší pohon přes přeplněné prostory (a když jste dost malý, aby se ve stejném měřítku jako velké molekuly, každý prostor je přeplněný).

ale proč spirály? Jaké výhody mají bakterie z toho, že jsou tvarovány jako vývrtka?

byl jsem proto docela nadšený, když jsem viděl dva nedávné články v PLoS patogeny, které se touto otázkou zabývaly. Jedna se týkala bakterií campylobacter jejuni (která způsobuje bakteriální průjem) a jedna byla na helicobacter pylori (bakterie, která způsobuje žaludeční vředy, o kterých jsem psal dříve). V obou případech spirálovitý tvar může být zničen docela jednoduché gene knockout, a v obou bakterií ztráta spirálovitý tvar mělo za následek snížení virulence a schopnosti bakterií, aby funkce v těle.

počínaje c. jejuni, pro který mám slabost, protože jsem s ním pracoval, když jsem studoval bakteriofágy.

takže nejprve, jak odstranit tvar spirály z bakterií. Vědci v odkazu 1 našli jeden gen, který nazvali pgp1 (peptidoglykanová peptidáza 1), který po odstranění změní bakterie z úhledné malé spirály na nudný tvar tyče. Jak již název napovídá, pgp1 působí na peptidoglykan, který je hlavní složkou bakteriální buněčné stěny. Když vymazány, výsledné tyčinkovité bakterie jsou třikrát horší v kolonizační holky (C. jejuni je také hlavní příčiny onemocnění u kuřat) a jsou také špatné na formování biofilmů a obecně pohybující se kolem. Obrázek 1 v odkazu má několik vynikajících obrázků spirálních bakterií a smutných mutantů ve tvaru tyče.

neexistují žádné rozdíly mezi normální c. jejuni a pgp1 mutanti, když to přišlo k růstu, stresu přežití nebo obecné žijící na živném agaru; spirálový tvar, jen se zdá mít vliv na faktory důležité pro virulenci a přežití uvnitř těla. Vědci také mutanty, které nadměrně exprimován na pgp1 a zjistil, že to taky měl rovnání účinek na buňky (opět, krásné bakterie, obrázky v obrázku 3). Když vzali Gen pgp1 a vložili ho do normálně tyčinkovité bakterie (E. coli), nedošlo ke změně tvaru. Vývrtka-efekt pgp1 vyrábí je pouze přítomen, když gen je v C. jejuni a vyjádřil na správných úrovních, což je škoda, protože spirála ve tvaru E. coli by být v pohodě.

takže spirálovitý tvar V C. jejuni se zdá být řízen jedním hlavním genem (pravděpodobně s pomocí několika dalších) a je důležitý pro patogenitu. A co H. pylori?

v h. pylori je příběh mírně odlišný. Předchozí výzkum bakterií, které ztratily spirálovitý zvrat (i když si stále udržovaly mírně zakřivený tvar, držte tuto myšlenku), neprokázal žádný rozdíl v pohybu nebo pohyblivosti plavání. H. pylori žije v sliznici žaludku a předpokládalo se, že spirálový tvar by to snáze protlačilo tento viskózní materiál. Méně klikaté bakterie stále vykazovaly rozdíl v kolonizaci – zkroucené bakterie wildtype mnohem častěji kolonizovaly žaludeční výstelku než rovnější mutanty.

V odkazu 2, nalezen nový gen (csd4) podílí se na zakřivený tvar bakterií, které původní non-klikatých mutanti stále udržuje. Ukazuje se, že pokud tě knock-out genem z non-klikatých mutanty bakterií volné všechny stopy křivky nebo twistyness a pohyb přes viskózní řešení, které napodobují žaludeční sliznici je mnohem těžší. Na rozdíl od C. jejuni proto má H. pylori dva genetické mechanismy, které způsobují spirálový tvar. Jeden gen, který způsobuje spirálové zkroucení zesítěním bitů buněčné stěny, a druhý (csd4 identifikovaný v odkazu 2), který nezávisle indukuje zakřivení buňky. Zdá se, že tyto dva mechanismy jsou také zcela nezávislé a oba přispívají ke zvýšení zkroucení buňky.

takže zatímco C. jejuni má jeden gen výhradně zodpovědný za tvar spirály a zvýšenou virulenci, H.pylori má dva. Mohou pro to být ekologické důvody (C. jejuni může přežít ve větší spektrum hostitelů), nicméně jsou spíše nepříbuzné bakterie, je možné, že se šikmými zuby-tvar, existuje pro delší v H. pylori, který se zvedl o více než jeden mechanismus vyrábět (a jestli je někdo vědom nějaké další důvody, napište mi a dejte mi vědět!). Je jasné, že bakterie mají velmi pevné důvody pro to, aby byly tvary, kterými jsou, a tyto tvary se neomezují pouze na sférické kuličky.

Kreditní odkaz pro obrázek 1 (bakteriální tvary)

Kreditní odkaz na obrázek 2 (campylobacter)

Kreditní odkaz na obrázek 3 (helicobacter)

Odkaz 1: Frirdich E, Biboy J., Adams, C., Lee J, Ellermeier J, Gielda LD, Dirita VJ, Girardin SE, Vollmer W, & Gaynor ES (2012). Peptidoglykan-modifikující enzym Pgp1 je nutný pro tvar spirálových buněk a patogenitu znaků Campylobacter jejuni. PLoS patogeny, 8 (3) PMID: 22457624