Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Флуоресцентные D-аминокислоты (FDAA) представляют собой производные D-аминокислот , конец боковой цепи которых ковалентно связан с молекулой флуорофора . [1] FDAA включаются в бактериальный пептидогликан (PG) живых бактерий, что приводит к сильному мечения PG на периферических и перегородках, не влияя на рост клеток. Они отличаются встроенными механизмами in-situ, которые позволяют отслеживать образование новых PG во времени. [2] На сегодняшний день FDAA использовались для изучения синтеза клеточной стенки у различных видов бактерий (как грамположительных, так и грамотрицательных ) с помощью различных методов, таких как микроскопия., масс-спектрометрия , проточная цитометрия .

Структуры и общие свойства

Коллекция зарегистрированных флуоресцентных D-аминокислот и их структур.

FDAA состоит из D-аминокислоты и флуорофора (связанных через боковую цепь аминокислоты). Основа D-аминокислоты требуется для ее включения в бактериальный пептидогликан за счет активности DD-транспептидаз . [3] После включения можно использовать методы обнаружения флуоресценции для визуализации местоположения нового образования PG, а также скорости роста. [4]

D-аланин является наиболее хорошо изученной D-аминокислотой для разработки FDAA, поскольку он является естественным остатком в структурах бактериального пептидогликана. С другой стороны, для приложений FDAA использовались различные флуорофоры, и каждый из них имеет свои особенности. [5] Например, FDAA на основе кумарина (HADA) достаточно мала, чтобы проникать через внешние мембраны бактерий, и поэтому широко используется для исследований грамотрицательных бактерий; в то время как FDAA на основе TAMRA (TADA) отличается высокой яркостью и фото / термостабильностью, что подходит для микроскопии сверхвысокого разрешения (используется сильный возбуждающий свет). [5]

Предлагаемые механизмы включения FDAA

Предлагаемый механизм включения FDAA в бактериальный пептидогликан. [1]

Пептидогликан (PG) представляет собой сетчатую структуру, содержащую полисахариды, сшитые пептидными цепями. [6] Пенициллин-связывающие белки (DD-транспептидазы), или короткие PBP, распознают пептиды PG и катализируют реакции сшивания. [7] Сообщается, что эти ферменты обладают высокой специфичностью по отношению к хиральному центру аминокислотного остова (D-хиральный центр), но относительно низкой специфичностью по отношению к структуре боковой цепи. Следовательно, когда присутствуют FDAA, они принимаются PBP для реакций сшивания, что приводит к их включению в пептидные цепи PG. При надлежащей концентрации, например 1-2 мМ, маркировка FDAA не влияет на синтез PG и рост клеток, потому что только 1-2% пептидных цепей PG помечены FDAA. [2]

Последовательное мечение FDAA выявило характер роста пептидогликана у S. venezuelae.

Приложения

Опубликованные исследования с использованием FDAA в качестве инструментов включают:

  • Визуализация структур бактериальной клеточной стенки. [2]
  • Изучение роста клеточной стенки бактерий. [1] [4]
  • Мониторинг обновления бактериальной клеточной стенки. [8] [9]
  • Количественная оценка активности роста бактериальной клеточной стенки. [10]
  • Анализ способности антибиотиков противостоять клеточной стенке. [1]
  • Скрининг новых антибиотиков против клеточной стенки. [11]
  • Отслеживание активности транспептидазы in vitro. [12]

Ссылки

  1. ^ a b c d Сюй, Йен-Пан; Бухер, Гарретт; Иган, Александр; Фоллмер, Вальдемар; ВанНивенхзе, Майкл С. (17 сентября 2019 г.). «Производные d-аминокислот как зонды in situ для визуализации бактериального биосинтеза пептидогликана» . Счета химических исследований . 52 (9): 2713–2722. DOI : 10.1021 / acs.accounts.9b00311 . ISSN  0001-4842 .
  2. ^ a b c Куру, Эркин; Хьюз, Х. Скорость; Браун, Памела Дж .; Холл, Эдвард; Теккам, Шринивас; Кава, Фелипе; де Педро, Мигель А .; Brun, Yves V .; ВанНивенхзе, Майкл С. (2012-12-07). «Исследование in situ вновь синтезированного пептидогликана в живых бактериях с флуоресцентными D-аминокислотами» . Angewandte Chemie International Edition . 51 (50): 12519–12523. DOI : 10.1002 / anie.201206749 . PMC 3589519 . PMID 23055266 .  
  3. ^ Куру, Эркин; Радков, Атанас; Мэн, Синь; Иган, Александр; Альварес, Лаура; Доусон, Аманда; Бухер, Гарретт; Брейкинк, Ифджан; Ропер, Дэвид I .; Кава, Фелипе; Фоллмер, Вальдемар (20 декабря 2019 г.). «Механизмы включения для D-аминокислотных зондов, нацеленных на биосинтез пептидогликана» . ACS Химическая биология . 14 (12): 2745–2756. DOI : 10.1021 / acschembio.9b00664 . ISSN 1554-8929 . PMC 6929685 . PMID 31743648 .   
  4. ^ a b Радков, Атанас Д .; Сюй, Йен-Пан; Бухер, Гарретт; ВанНивенхзе, Майкл С. (20.06.2018). "Визуализация биосинтеза бактериальной клеточной стенки" . Ежегодный обзор биохимии . 87 (1): 991–1014. DOI : 10.1146 / annurev-biochem-062917-012921 . ISSN 0066-4154 . PMC 6287495 .  
  5. ^ a b Сюй, Йен-Пан; Риттихьер, Джонатан; Куру, Эркин; Яблоновский, Яков; Пашьяк, Эрик; Теккам, Шринивас; Холл, Эдвард; Мерфи, Бреннан; Ли, Тимоти К .; Гарнер, Итан С.; Хуанг, Кервин Кейси (2017). «Полная цветовая палитра флуоресцентных d-аминокислот для мечения стенок бактериальных клеток in situ» . Химическая наука . 8 (9): 6313–6321. DOI : 10.1039 / C7SC01800B . ISSN 2041-6520 . PMC 5628581 . PMID 28989665 .   
  6. ^ Фоллмер, Вальдемар; Блано, Дидье; Де Педро, Мигель А. (март 2008 г.). «Структура и архитектура пептидогликанов» . FEMS Microbiology Reviews . 32 (2): 149–167. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2007.00094.x . ISSN 1574-6976 . 
  7. ^ Типас, Афанасий; Банцаф, Мануэль; Гросс, Кэрол А .; Фоллмер, Вальдемар (февраль 2012 г.). «От регуляции синтеза пептидогликана до роста и морфологии бактерий» . Обзоры природы микробиологии . 10 (2): 123–136. DOI : 10.1038 / nrmicro2677 . ISSN 1740-1526 . PMC 5433867 . PMID 22203377 .   
  8. ^ Boersma, Майкл Дж .; Куру, Эркин; Rittichier, Jonathan T .; VanNieuwenhze, Michael S .; Brun, Yves V .; Винклер, Малкольм Э. (01.11.2015). де Бур, П. (ред.). "Минимальный оборот пептидогликана (PG) в гидролазе дикого типа и PG и мутантах деления клеток Streptococcus pneumoniae D39, растущих планктонно и в биопленках, связанных с хозяином" . Журнал бактериологии . 197 (21): 3472–3485. DOI : 10.1128 / JB.00541-15 . ISSN 0021-9193 . PMC 4621067 . PMID 26303829 .   
  9. ^ Куру, Эркин; Ламберт, Кэри; Риттихьер, Джонатан; Тилль, Роб; Дюкре, Адриан; Деруо, Аделина; Грей, Джо; Бибой, Джейкоб; Фоллмер, Вальдемар; VanNieuwenhze, Майкл; Брун, Ив В. (декабрь 2017 г.). «Флуоресцентные D-аминокислоты выявляют модификации биоклеточной клеточной стенки, важные для хищничества Bdellovibrio bacteriovorus» . Природная микробиология . 2 (12): 1648–1657. DOI : 10.1038 / s41564-017-0029-у . ISSN 2058-5276 . PMC 5705579 .  
  10. ^ Биссон-Филью, Александр В .; Сюй, Йен-Пан; Squyres, Georgia R .; Куру, Эркин; Ву, Фабай; Джукс, Калум; Солнце, Инцзе; Деккер, Сис; Холден, Симус; VanNieuwenhze, Michael S .; Брун, Ив В. (2017-02-17). «Беговая дорожка нитями FtsZ стимулирует синтез пептидогликана и деление бактериальных клеток» . Наука . 355 (6326): 739–743. DOI : 10.1126 / science.aak9973 . ISSN 0036-8075 . PMC 5485650 . PMID 28209898 .   
  11. ^ Калп, Элизабет Дж .; Ваглехнер, Николас; Ван, Вэньлянь; Fiebig-Comyn, Aline A .; Сюй, Йен-Пан; Котева, Калинка; Sychantha, Дэвид; Кумбс, Брайан К .; Van Nieuwenhze, Michael S .; Brun, Yves V .; Райт, Джерард Д. (27 февраля 2020 г.). «Эволюционное открытие антибиотиков, ингибирующих ремоделирование пептидогликана» . Природа . 578 (7796): 582–587. DOI : 10.1038 / s41586-020-1990-9 . ISSN 0028-0836 . 
  12. ^ Сюй, Йен-Пан; Холл, Эдвард; Бухер, Гарретт; Мерфи, Бреннан; Радков, Атанас Д .; Яблоновский, Яков; Малкахи, Кейтлин; Альварес, Лаура; Кава, Фелипе; Brun, Yves V .; Куру, Эркин (апрель 2019 г.). «Флуорогенные d-аминокислоты позволяют в реальном времени контролировать биосинтез пептидогликана и проводить высокопроизводительные анализы транспептидации» . Химия природы . 11 (4): 335–341. DOI : 10.1038 / s41557-019-0217-х . ISSN 1755-4330 . PMC 6444347 . PMID 30804500 .   

Внешние ссылки

  • Веб-сайт FDAA