en av de första sakerna du lär dig i bakteriologi är att bakterier kommer i olika former. Inte ett stort antal former visserligen, men huvudformerna är sfäriska, stavformade eller spiralformade. Sfäriska bakterier är vettiga eftersom en sfär är en ganska enkel form att växa in i och kedjor eller kolonier av bakterier tillåter dem att sprida sig i sin miljö. På samma sätt är en stav en bra form för bakterier som rör sig mycket, vilket ger dem mer framdrivning genom trånga utrymmen (och när du är tillräckligt liten för att vara i samma skala som stora molekyler, är varje utrymme trångt).

men varför spiraler? Vilka fördelar får bakterier från att formas som en korkskruv?

jag var ganska upphetsad därför att se två senaste artiklar i PLoS Pathogens som båda tog upp denna fråga. En gällde bakterierna campylobacter jejuni (som orsakar bakterieinducerad diarrhoea) och en var på helicobacter pylori (bakterierna som orsakar magsår, som jag har skrivit om tidigare). I båda fallen kan spiralformen förstöras genom ganska enkla genknockouts, och i båda bakterierna resulterade förlusten av spiralformen i en minskning av virulens och bakteriens förmåga att fungera i en kropp.

börjar sedan med C. jejuni, som jag har en mjuk plats för eftersom jag arbetade med det tillbaka när jag studerade bakteriofager.

så först och främst, hur man tar bort spiralformen från bakterierna. Forskare i referens 1 hittade en gen, som de kallade pgp1 (peptidoglykanpeptidas 1), som när de raderas förvandlar bakterierna från en snygg liten spiral till en tråkig stavform. Som namnet antyder verkar pgp1 på peptidoglykan, som är en viktig komponent i bakteriecellväggen. När de tas bort är de resulterande stavformade bakterierna tre gånger sämre vid kolonisering av kycklingar (C. jejuni är också en viktig orsak till sjukdomar hos kycklingar) och är också dåliga på att bilda biofilmer och i allmänhet flytta runt. Figur 1 i referensen har några utmärkta bilder av spiralbakterierna och de ledsna stavformade mutanterna.

det fanns inga skillnader mellan normal c. jejuni och pgp1 mutanter när det gällde tillväxt, stressöverlevnad eller allmänt levande på näringsagar; spiralformen verkar bara ha en effekt på faktorer som är viktiga för virulens och överlevnad i en kropp. Forskarna gjorde också mutanter som överuttryckte pgp1 och fann att detta också hade en rätningseffekt på cellerna (igen, härliga bakteriebilder i Figur 3). När de tog pgp1-genen och satte den i en normalt stavformad bakterie (E. coli) var det ingen formförändring. Korkskruvseffekten som pgp1 producerar är endast närvarande när genen är i C. jejuni och uttrycks på rätt nivåer, vilket är synd eftersom spiralformad E. coli skulle vara cool.

så spiralformen i C. jejuni verkar kontrolleras av en stor gen (förmodligen med hjälp av några andra) och är viktig för patogenicitet. H. pylori då?

I H. pylori är historien något annorlunda. Tidigare forskning på bakterier som hade förlorat sin spiralformade vridning (även om de fortfarande behöll en något krökt form, håll den tanken) visade ingen skillnad i rörelse eller simningsmotilitet. H. pylori lever i slemhinnan i magen, och man trodde att den spiralformade formen skulle det att trycka igenom detta viskösa material lättare. De mindre vridna bakterierna visade fortfarande en skillnad i kolonisering – de vridna vildtypsbakterierna var mycket mer benägna att kolonisera magslemhinnan än de rakare mutanterna.

I referens 2 fann man en ny gen (csd4) involverad i bakteriens krökta form, som de ursprungliga icke-vridiga mutanterna fortfarande behöll. Det visar sig att om du slår ut den här genen från de icke-vridiga mutanterna förlorar bakterierna alla spår av kurva eller twistyness och rörelse genom viskösa lösningar som efterliknar magslemhinnan är mycket svårare. Till skillnad från C. jejuni har därför H. pylori två genetiska mekanismer som orsakar spiralformen. En gen som orsakar spiralvridningen genom tvärbindande bitar av cellväggen och en annan (csd4 identifierad i referens 2) som oberoende inducerar böjning av cellen. Dessa två mekanismer verkar också vara helt oberoende, och båda bidrar till att öka cellens twistyness.

så medan C. jejuni har en gen som är ensam ansvarig för spiralformen och ökad virulens, har H. pylori två. Det kan finnas miljöskäl till detta (C. jejuni kan överleva i ett större utbud av värdar) men eftersom de är ganska orelaterade bakterier kan det bara vara att spiralformen har funnits längre i H. pylori som har plockat upp mer än en mekanism för att producera den (och om någon är medveten om några fler skäl, maila mig och låt mig veta!). Vad som är klart är att bakterier har mycket fasta skäl för att vara de former de är, och dessa former är inte begränsade enbart till sfäriska blobbar.

kreditlänk för bild 1 (bakterieformer)

kreditlänk för bild 2 (campylobacter)

Kreditlänk för bild 3 (helicobacter)

referens 1: Frirdich e, Biboy J, Adams C, Lee J, Ellermeier J, Gielda LD, Dirita VJ, Girardin SE, Vollmer W, & Gaynor EC (2012). Peptidoglykanmodifierande enzym Pgp1 krävs för spiralformad cellform och patogenitetsegenskaper i Campylobacter jejuni. PLoS patogener, 8 (3) PMID: 22457624