Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Сферопластов )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Грамотрицательные бактерии, пытающиеся расти и делиться в присутствии антибиотиков, ингибирующих синтез пептидогликана (например, пенициллина), не могут этого сделать, и вместо этого в конечном итоге образуют сферопласты. [1] [2]

Сферопласты (или sphaeroplast в британском использовании) является микробной клеткой , из которой клеточной стенка была почти полностью удалена, так как под действием пенициллина или лизоцима. Согласно некоторым определениям, этот термин используется для описания грамотрицательных бактерий . [3] [4] Согласно другим определениям, этот термин также включает дрожжи . [5] [6] Название сферопласт происходит от того факта, что после переваривания клеточной стенки микроба напряжение мембраны заставляет клетку приобретать характерную сферическую форму. [4] Сферопласты осмотически хрупкие и будут лизироваться при переносе вгипотонический раствор. [5]

При использовании для описания грамотрицательных бактерий термин сферопласт относится к клеткам, из которых был удален компонент пептидогликана, но не компонент внешней мембраны клеточной стенки. [2] [5]

Формирование сферопластов [ править ]

Сферопласты, индуцированные антибиотиками [ править ]

Различные антибиотики превращают грамотрицательные бактерии в сферопласты. К ним относятся ингибиторы синтеза пептидогликана , такие как фосфомицин , ванкомицин , моеномицин, лактивицин и β-лактамные антибиотики . [1] [2] Антибиотики, которые ингибируют биохимические пути непосредственно перед синтезом пептидогликана, также индуцируют сферопласты (например, фосмидомицин , фосфоенолпируват ). [1] [2]

Помимо вышеуказанных антибиотиков, ингибиторы синтеза белка (например, хлорамфеникол , окситетрациклин , некоторые аминогликозиды ) и ингибиторы синтеза фолиевой кислоты (например, триметоприм , сульфаметоксазол ) также вызывают образование сферопластов грамотрицательными бактериями. [2]

Ферментно-индуцированные сферопласты [ править ]

Фермент лизоцим заставляет грамотрицательные бактерии формировать сферопласты, но только если для облегчения прохождения фермента через внешнюю мембрану используется мембранный пермеабилизатор, такой как лактоферрин или этилендиаминтетраацетат (ЭДТА) . [2] [7] ЭДТА действует как стабилизатор проницаемости, связываясь с двухвалентными ионами, такими как Ca 2+, и удаляя их с внешней мембраны. [8]

Дрожжи Candida albicans можно превратить в сферопласты с помощью ферментов литиказы , хитиназы и β-глюкуронидазы . [9]

Использование и приложения [ править ]

Открытие антибиотиков [ править ]

С 1960-х по 1990-е годы компания Merck and Co. использовала скрининг сферопластов в качестве основного метода обнаружения антибиотиков, ингибирующих биосинтез клеточной стенки. На этом экране, разработанном Юджином Дулани, растущие бактерии подвергались воздействию тестируемых веществ в гипертонических условиях. Ингибиторы синтеза клеточной стенки заставляли растущие бактерии формировать сферопласты. Этот экран позволил открыть фосфомицин, цефамицин C , тиенамицин и несколько карбапенемов . [1]

Зажим патча [ править ]

E.coli сферопластовых исправлен с помощью стеклянной пипетки.

Специально подготовленные гигантские сферопласты грамотрицательных бактерий можно использовать для изучения функции бактериальных ионных каналов с помощью метода, называемого патч-зажимом , который изначально был разработан для характеристики поведения нейронов и других возбудимых клеток. Чтобы приготовить гигантские сферопласты, бактерии обрабатывают ингибитором септации (например, цефалексином ). Это заставляет бактерии образовывать нити , удлиненные клетки, у которых отсутствуют внутренние поперечные стенки. [10] Через некоторое время клеточные стенки волокон перевариваются, и бактерии распадаются на очень большие сферы, окруженные только их цитоплазматической оболочкой.и внешние мембраны. Затем мембраны могут быть проанализированы с помощью устройства для фиксации заплат, чтобы определить фенотип ионных каналов, встроенных в него. Также часто бывает избыточно выражена конкретный канал, чтобы усилить его эффект и облегчить определение характеристик.

Техника фиксации гигантских сферопластов E. coli была использована для изучения нативных механочувствительных каналов (MscL, MscS и MscM) E. coli . [11] [12] Он был расширен для изучения других гетерологически экспрессируемых ионных каналов, и было показано, что гигантский сферопласт E. coli может использоваться в качестве системы экспрессии ионных каналов, сравнимой с ооцитом Xenopus . [13] [14] [15] [16]

Лизис клеток [ править ]

Клетки дрожжей обычно защищены толстой клеточной стенкой, что затрудняет извлечение клеточных белков. [ необходима цитата ] Ферментативное переваривание клеточной стенки зимолиазой, создавая сферопласты, делает клетки уязвимыми для легкого лизиса с помощью детергентов или быстрых изменений осмолярного давления. [9]

Трансфекция [ править ]

Бактериальные сферопласты со вставленной в них подходящей рекомбинантной ДНК можно использовать для трансфекции клеток животных. Сферопласты с рекомбинантной ДНК вводятся в среду, содержащую клетки животных, и сливаются полиэтиленгликолем (ПЭГ). С помощью этого метода почти 100% клеток животных могут поглощать чужеродную ДНК. [17] После проведения экспериментов по модифицированному протоколу Hanahan с использованием хлорида кальция в E. coli было определено, что сферопласты могут трансформироваться при 4,9x10 -4 . [18]

См. Также [ править ]

  • Бактериальная морфологическая пластичность
  • Протопласт
  • L-форма бактерий

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г Сильвер, LL (2011). «Глава 2, Рациональные подходы к открытию антибиотиков: пре-геномный направленный и фенотипический скрининг». В Догерти, Т .; Пуччи, MJ (ред.). Открытие и разработка антибиотиков . Соединенные Штаты Америки: Спрингер. С. 33–75. DOI : 10.1007 / 978-1-4614-1400-1_2 . ISBN 978-1-4614-1400-1.
  2. ^ a b c d e f Cushnie, TP; О'Дрисколл, Нью-Хэмпшир; Лэмб, AJ (2016). «Морфологические и ультраструктурные изменения бактериальных клеток как индикатор антибактериального механизма действия» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 73 (23): 4471–4492. DOI : 10.1007 / s00018-016-2302-2 . ЛВП : 10059/2129 . PMID 27392605 . 
  3. ^ "Сферопласт" . www.dictionary.com . Dictionary.com. 2019 . Проверено 21 июля 2019 года .
  4. ^ а б «Сферопласт» . ahdictionary.com . Словарь английского языка американского наследия. 2019 . Проверено 21 июля 2019 года .
  5. ^ a b c «Протопласты и сферопласты» . www.encyclopedia.com . Encyclopedia.com. 2016 . Проверено 21 июля 2019 года .
  6. ^ «Определение сферопласта» . www.merriam-webster.com . Мерриам-Вебстер. 2019 . Проверено 21 июля 2019 года .
  7. ^ Tortora, G .; Funke, B .; Кейс, С. (2016). «Глава 4, Функциональная анатомия прокариотических и эукариотических клеток». Микробиология: Введение (12-е изд.). Соединенные Штаты Америки: Пирсон. п. 84. ISBN 978-0-321-92915-0.
  8. ^ Нинфа, AJ; Баллоу, Д.П .; Бенор, М. (2009). Фундаментальные лабораторные подходы к биохимии и биотехнологии (2-е изд.). Соединенные Штаты Америки: John Wiley & Sons, Inc., стр. 234. ISBN 978-0-470-08766-4.
  9. ^ а б Калверт, СМ; Сандерс, Д. (1995). «Инозитолтрисфосфат-зависимые и независимые пути мобилизации Ca 2+ на вакуолярной мембране Candida albicans » . Журнал биологической химии . 270 (13): 7272–80. DOI : 10.1074 / jbc.270.13.7272 . PMID 7706267 . 
  10. ^ Kikuchi, K .; Sugiura, M .; Nishizawa-Harada, C .; Кимура, Т. (2015). «Применение гигантского сферопласта Escherichia coli для скрининга лекарств с помощью автоматизированной системы плоских зажимов» . Отчеты по биотехнологии . 7 : 17–23. DOI : 10.1016 / j.btre.2015.04.007 . PMC 5466043 . PMID 28626710 .  
  11. ^ Martinac, B .; Бюхнер, М .; Delcour, AH; Adler, J .; Кунг, К. (1987). «Чувствительный к давлению ионный канал в Escherichia coli » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 84 (8): 2297–2301. Bibcode : 1987PNAS ... 84.2297M . DOI : 10.1073 / pnas.84.8.2297 . PMC 304637 . PMID 2436228 .  
  12. ^ Blount, P .; Сухарев, С.И.; Мо, ПК; Кунг, К. (1999). «Механочувствительные каналы бактерий». Методы в энзимологии . 294 : 458–482. DOI : 10.1016 / s0076-6879 (99) 94027-2 . PMID 9916243 . 
  13. ^ Сантос, JS; Lundby, A .; Zazueta, C .; Монталь, М. (2006). «Молекулярный шаблон для датчика напряжения в новом канале K + . I. Идентификация и функциональная характеристика KvLm, потенциал-зависимого канала K + из Listeria monocytogenes » . Журнал общей физиологии . 128 (3): 283–292. DOI : 10,1085 / jgp.200609572 . PMC 2151562 . PMID 16908725 .  
  14. ^ Накаяма, Й .; Fujiu, K .; Sokabe, M .; Йошимура, К. (2007). «Молекулярная и электрофизиологическая характеристика механочувствительного канала, экспрессируемого в хлоропластах хламидомонады » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (14): 5883–5888. Bibcode : 2007PNAS..104.5883N . DOI : 10.1073 / pnas.0609996104 . PMC 1851586 . PMID 17389370 .  
  15. ^ Kuo, MM-C .; Бейкер, К.А.; Wong, L .; Чхве, С. (2007). «Динамические олигомерные превращения цитоплазматических доменов RCK опосредуют активность калиевых каналов MthK» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (7): 2151–2156. Bibcode : 2007PNAS..104.2151K . DOI : 10.1073 / pnas.0609085104 . PMC 1892972 . PMID 17287352 .  
  16. ^ Kuo, MM-C .; Saimi, Y .; Kung, C .; Чхве, С. (2007). «Патч-зажим и фенотипические анализы прокариотических циклических нуклеотид-управляемых K + -каналов с использованием Escherichia coli в качестве хозяина» . Журнал биологической химии . 282 (33): 24294–24301. DOI : 10.1074 / jbc.M703618200 . PMC 3521034 . PMID 17588940 .  
  17. ^ Gietz, RD; Вудс, РА (2001). «Генетическая трансформация дрожжей» . Биотехнологии . 30 (4): 816–820, 822–826, 828. doi : 10.2144 / 01304rv02 . PMID 11314265 . 
  18. ^ Лю, I .; Лю, М .; Шергилл, К. (2006). «Влияние образования сферопластов на эффективность трансформации Escherichia coli DH5α» (PDF) . Журнал экспериментальной микробиологии и иммунологии . 9 : 81–85.

Внешние ссылки [ править ]

  • Сферопласты в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)