en af de første ting, du lærer i bakteriologi, er, at bakterier kommer i forskellige former. Ikke et stort udvalg af former ganske vist, men hovedformerne er sfæriske, stavformede eller spiralformede. Sfæriske bakterier giver mening, da en kugle er en ret simpel form at vokse ind i, og kæder eller kolonier af bakterier giver dem mulighed for at sprede sig i deres miljø. Ligeledes er en stang en god form for bakterier, der bevæger sig meget rundt, hvilket giver dem mere fremdrift gennem overfyldte rum (og når du er lille nok til at være i samme skala som store molekyler, er hvert rum overfyldt).

men hvorfor spiraler? Hvilke fordele får bakterier ved at blive formet som en korketrukker?

Jeg var derfor meget begejstret for at se to nylige artikler i PLoS-patogener, der begge behandlede dette problem. Den ene vedrørte bakterierne campylobacter jejuni (som forårsager bakterieinduceret diarre) og den ene var på helicobacter pylori (de bakterier, der forårsager mavesår, som jeg tidligere har skrevet om). I begge tilfælde kan den spiralformede form ødelægges ved forholdsvis enkle genknockouts, og i begge bakterier resulterede tabet af den spiralformede form i et fald i virulens og bakteriens evne til at fungere i en krop.

starter derefter med c. jejuni, som jeg har et blødt sted for, fordi jeg arbejdede med det tilbage, da jeg studerede bakteriofager.

så først og fremmest, hvordan man fjerner spiralformen fra bakterierne. Forskere i reference 1 fandt et gen, som de kaldte pgp1 (peptidoglycan peptidase 1), som, når de slettes, forvandler bakterierne fra en pæn lille spiral til en kedelig stangform. Som navnet antyder virker pgp1 på peptidoglycan, som er en vigtig komponent i bakteriecellevæggen. Når de resulterende stavformede bakterier slettes, er de tre gange værre ved kolonisering af kyllinger (C. jejuni er også en væsentlig årsag til sygdomme hos kyllinger) og er også dårlige til at danne biofilm og generelt bevæge sig rundt. Figur 1 i referencen har nogle fremragende billeder af spiralbakterierne og de triste stavformede mutanter.

der var ingen forskelle mellem normal C. jejuni og pgp1 mutanter, når det kom til vækst, stressoverlevelse eller generel Levevis på næringsagar; spiralformen ser kun ud til at have en effekt på faktorer, der er vigtige for virulens og overlevelse inde i en krop. Forskerne lavede også mutanter, der overudtrykte pgp1 og fandt ud af, at dette også havde en straightening effekt på cellerne (igen dejlige bakteriebilleder i figur 3). Da de tog pgp1-genet og satte det i en normalt stavformet bakterie (E. coli), var der ingen forandring i form. Den proptrækker-effekt, som pgp1 producerer, er kun til stede, når genet er i C. jejuni og udtrykt på de korrekte niveauer, hvilket er en skam, fordi spiralformet E. coli ville være cool.

så spiralformen i C. jejuni ser ud til at være kontrolleret af et større gen (sandsynligvis ved hjælp af nogle få andre) og er vigtig for patogenicitet. Hvad med H. pylori?

i H. pylori historien er lidt anderledes. Tidligere forskning i bakterier, der havde mistet deres spiralformede vridning (selvom de stadig opretholdt en let buet form, hold den tanke) viste ingen forskel i bevægelse eller svømmemotilitet. H. pylori lever i slimhinden i maven, og man troede, at den spiralformede form ville det lettere at skubbe gennem dette viskøse materiale. De mindre snoede bakterier viste stadig en forskel i kolonisering – de snoede vildtype bakterier var meget mere tilbøjelige til at kolonisere maveforingen end de lige mutanter.

i reference 2 fandt de et nyt gen (csd4) involveret i bakteriens buede form, som de oprindelige ikke-snoede mutanter stadig opretholdt. Det viser sig, at hvis du slår dette gen ud af de ikke-snoede mutanter, mister bakterierne alle spor af kurve eller snoet og bevægelse gennem viskøse opløsninger, der efterligner maveforingen, er meget sværere. I modsætning til C. jejuni har H. pylori derfor to genetiske mekanismer, der forårsager den spiralformede form. Et gen, der forårsager den spiralformede vridning ved tværbindende bit af cellevæggen og et andet (csd4 identificeret i reference 2), der uafhængigt inducerer krumning af cellen. Disse to mekanismer synes også at være helt uafhængige, og begge bidrager til at øge vridningen af cellen.

så mens C. jejuni har et gen, der alene er ansvarlig for spiralformen og øget virulens, har H. pylori to. Der kan være miljømæssige årsager til dette (C. jejuni kan overleve i et større udvalg af værter) men da de er temmelig uafhængige bakterier, kan det bare være, at spiralformen har eksisteret længere i H. pylori, som har hentet mere end en mekanisme til at producere den (og hvis nogen er opmærksom på flere grunde, skal du kontakte mig og lade mig vide!). Det, der er klart, er, at bakterier har meget faste grunde til at være de former, de er, og disse former er ikke kun begrænset til sfæriske klatter.

Kreditlink til billede 1 (bakterieformer)

Kreditlink til billede 2 (campylobacter)

Kreditlink til billede 3 (helicobacter)

Reference 1: Frirdich E, Biboy J, Adams C, Lee J, Ellermeier J, Gielda LD, Dirita VJ, Girardin SE, Vollmer V, & Gaynor EF (2012). Peptidoglycan-modificerende Pgp1 er nødvendig for spiralformede celleformer og patogenicitetsegenskaber hos Campylobacter jejuni. PLOS patogener, 8 (3) PMID: 22457624