jedną z pierwszych rzeczy, których nauczysz się w bakteriologii, jest to, że bakterie mają różne kształty. Co prawda nie jest to ogromny zakres kształtów, ale główne kształty są kuliste, w kształcie pręta lub spiralne. Kuliste bakterie mają sens, ponieważ kula jest dość prostym kształtem do wzrostu, a łańcuchy lub kolonie bakterii pozwalają im rozprzestrzeniać się w ich środowisku. Podobnie pręt jest dobrym kształtem dla bakterii, które dużo się poruszają, dając im więcej napędu przez zatłoczone przestrzenie (a kiedy jesteś wystarczająco mały, aby być na tej samej skali co duże cząsteczki, każda przestrzeń jest zatłoczona).

ale dlaczego spirale? Jakie korzyści czerpią bakterie z kształtu korkociągu?

byłem więc bardzo podekscytowany, widząc dwa ostatnie artykuły w PLoS patogeny, które oba dotyczyły tego problemu. Jeden dotyczył bakterii campylobacter jejuni (powodującej biegunkę wywołaną bakteriami), a drugi helicobacter pylori (bakterii powodującej wrzody żołądka, o których pisałem wcześniej). W obu przypadkach kształt spiralny może być zniszczony przez dość proste knockouts genu, i w obu bakterii utrata kształtu spiralnego spowodowało zmniejszenie zjadliwości i zdolność bakterii do funkcjonowania w organizmie.

zaczynając od c. jejuni, do której mam słabość, ponieważ pracowałem z nią, gdy badałem bakteriofagi.

więc przede wszystkim, jak usunąć spiralny kształt z bakterii. Badacze z referencji 1 odkryli jeden gen, który nazwali pgp1 (peptydaza peptydoglikanowa 1), który po usunięciu zmienia bakterie z zgrabnej małej spirali w nudny kształt pręta. Jak sama nazwa wskazuje pgp1 działa na peptydoglikan, który jest głównym składnikiem ściany komórkowej bakterii. Po usunięciu, powstałe bakterie w kształcie pręta są trzykrotnie gorsze w kolonizacji piskląt (C. jejuni jest również główną przyczyną chorób u kurcząt), a także są złe w tworzeniu biofilmów i ogólnie poruszaniu się. Rysunek 1 w odnośniku zawiera kilka doskonałych zdjęć bakterii spiralnych i smutnych mutantów w kształcie pręta.

nie było różnic między normalnymi mutantami c. jejuni i pgp1, jeśli chodzi o wzrost, przeżywalność stresu lub ogólne życie na agarze odżywczym; kształt spirali wydaje się mieć wpływ tylko na czynniki ważne dla zjadliwości i przeżycia wewnątrz ciała. Naukowcy stworzyli również mutanty, które nadekspresowały pgp1 i odkryli, że to również miało wpływ na prostowanie komórek(ponownie, piękne zdjęcia bakterii na fig. 3). Po pobraniu genu pgp1 i wprowadzeniu go do bakterii w kształcie pręta (E. coli) nie nastąpiła zmiana kształtu. Efekt korkociągu wytwarzany przez pgp1 jest obecny tylko wtedy, gdy gen znajduje się w C. jejuni i ulega ekspresji na prawidłowym poziomie, co szkoda, ponieważ E. coli w kształcie spirali byłoby fajne.

więc kształt spirali u C. jejuni wydaje się być kontrolowany przez jeden główny Gen (prawdopodobnie z pomocą kilku innych) i jest ważny dla patogenności. A co z H. pylori?

W h. pylori historia jest nieco inna. Wcześniejsze badania nad bakteriami, które straciły swój spiralny skręt (chociaż nadal zachowały lekko zakrzywiony kształt, trzymaj tę myśl) nie wykazały żadnej różnicy w ruchu ani ruchliwości pływania. H. pylori żyją w śluzówce żołądka i uważano, że kształt spiralny łatwiej przepchnie ten lepki materiał. Mniej skręcone bakterie nadal wykazywały różnicę w kolonizacji-skręcone bakterie typu dzikiego były znacznie bardziej prawdopodobne, aby skolonizować wyściółkę żołądka niż prostsze mutanty.

W referencji 2 Znaleziono nowy gen (csd4) zaangażowany w zakrzywiony kształt bakterii, który oryginalne mutanty nie-kręte nadal utrzymywały. Okazuje się, że jeśli wybić ten gen z nie-krętych mutantów, bakterie tracą wszelkie ślady krzywej lub skręcenia, a ruch przez lepkie roztwory, które naśladują wyściółkę żołądka, jest o wiele trudniejszy. W przeciwieństwie do C. jejuni, H. pylori mają dwa mechanizmy genetyczne, które powodują kształt spiralny. Jeden gen, który powoduje spiralny skręt przez usieciowanie bitów ściany komórkowej, a drugi (csd4 zidentyfikowany w referencji 2), który niezależnie indukuje zakrzywienie komórki. Te dwa mechanizmy wydają się być całkowicie niezależne, a oba przyczyniają się do zwiększenia skręcenia komórki.

tak więc podczas gdy C. jejuni ma jeden gen odpowiedzialny wyłącznie za spiralny kształt i zwiększoną zjadliwość, H. pylori ma dwa. Mogą być tego przyczyny środowiskowe (C. jejuni mogą przetrwać w większej liczbie gospodarzy) jednak ponieważ są one raczej niespokrewnionymi bakteriami, może być tak, że kształt spiralny istniał już u H. pylori, który odebrał więcej niż jeden mechanizm do jego produkcji (a jeśli ktoś jest świadomy jakichkolwiek powodów, napisz do mnie i daj mi znać!). Oczywiste jest, że bakterie mają bardzo mocne powody, by być takimi, jakimi są, a kształty te nie ograniczają się wyłącznie do kulistych plam.

Link do zdjęcia 1 (bakteryjne kształty)

Link do zdjęcia 2 (campylobacter)

Link do zdjęcia 3 (helicobacter)

odniesienie 1: Fridich E, Biboy J, Adams C, Lee J, Ellermeier J, Gielda LD, Dirita VJ, Girardin SE, Vollmer W, & Gaynor EC (2012). Enzym modyfikujący peptydoglikan Pgp1 jest wymagany do uzyskania kształtu komórek spiralnych i cech patogenności Campylobacter jejuni. PMID: 22457624