az egyik első dolog, amit a bakteriológiában megtanul, az, hogy a baktériumok különböző formájúak. Igaz, hogy nem hatalmas formák, de a fő formák gömb alakúak, rúd alakúak vagy spirálisak. A gömb alakú baktériumoknak van értelme, mivel a gömb meglehetősen egyszerű forma, amelybe növekedni lehet, és a baktériumok láncai vagy kolóniái lehetővé teszik számukra, hogy elterjedjenek a környezetükbe. Hasonlóképpen, egy rúd jó forma a baktériumok számára, amelyek sokat mozognak, nagyobb meghajtást biztosítva számukra a zsúfolt tereken keresztül (és ha elég kicsi vagy ahhoz, hogy ugyanolyan méretű legyen, mint a nagy molekulák, minden hely zsúfolt).
de miért spirálok? Milyen előnyökkel jár a baktériumok, ha dugóhúzó alakúak?
ezért nagyon izgatott voltam, hogy két legutóbbi cikket láttam a PLoS Pathogens – ben, amelyek mindketten foglalkoztak ezzel a kérdéssel. Az egyik a campylobacter jejuni baktériumra vonatkozott (amely baktériumok által kiváltott hasmenést okoz), a másik pedig a helicobacter pylori-ra (a gyomorfekélyt okozó baktériumra, amelyről korábban írtam). Mindkét esetben a spirális alak meglehetősen egyszerű génkiütésekkel elpusztítható, és mindkét baktériumnál a spirális alak elvesztése a virulencia csökkenését és a baktériumok szervezeten belüli működésének képességét eredményezte.
kezdve majd c. jejuni, ami van egy puha helyet, mert dolgoztam vele vissza, amikor tanulmányoztam bakteriofágok.
tehát először is, hogyan lehet eltávolítani a spirál alakját a baktériumokból. Az 1. referencia kutatói találtak egy gént, amelyet pgp1-nek (peptidoglikán peptidáz 1) neveztek, amely törléskor a baktériumokat egy ügyes kis spirálból unalmas rúd alakúvá változtatja. Ahogy a neve is sugallja, a pgp1 a peptidoglikánra hat, amely a baktérium sejtfalának egyik fő alkotóeleme. Törléskor a keletkező rúd alakú baktériumok háromszor rosszabbak a csirkék kolonizálásában (a C. jejuni szintén a csirkék betegségeinek fő oka), és szintén rosszak a biofilmek kialakításában és általában a mozgásban. A referencia 1. ábrája kiváló képeket tartalmaz a spirális baktériumokról és a szomorú rúd alakú mutánsokról.
nem volt különbség a normál c. jejuni és a pgp1 mutánsok között, amikor a növekedésről, a stressz túléléséről vagy a tápanyag-agaron való általános életről volt szó; a spirál alakja csak úgy tűnik, hogy hatással van a virulencia és a testben való túlélés szempontjából fontos tényezőkre. A kutatók olyan mutánsokat is készítettek, amelyek túlexpresszálták a pgp1-et, és megállapították, hogy ez is kiegyenesítő hatással van a sejtekre (ismét szép baktériumok képei a 3.ábrán). Amikor a pgp1 gént egy normál rúd alakú baktériumba (E. coli) helyezték, nem változott az alakja. A pgp1 által kiváltott dugóhúzó hatás csak akkor van jelen, ha a gén a C. jejuni-ban van, és a megfelelő szinten expresszálódik, ami sajnálatos, mert a spirál alakú E. coli hűvös lenne.
tehát úgy tűnik, hogy a C. jejuni spirális alakját egy fő gén irányítja (valószínűleg néhány másik segítségével), és fontos a patogenitás szempontjából. Mi a helyzet a H. pylori-val?
a h. pylori-ban a történet kissé eltér. Korábbi kutatások a baktériumok, amelyek elvesztették spirális csavar (bár még mindig megtartotta kissé ívelt alakja, tartsa ezt a gondolatot) nem mutatott különbséget a mozgás vagy az úszás mozgékonyságát. A H. pylori a gyomor nyálkahártyájában él, és úgy gondolták, hogy a spirális forma könnyebben átnyomja ezt a viszkózus anyagot. A kevésbé kanyargós baktériumok továbbra is különbséget mutattak a gyarmatosításban – a csavart vad típusú baktériumok sokkal nagyobb valószínűséggel gyarmatosították a gyomor bélését, mint az egyenesebb mutánsok.
a 2. referenciában a talált egy új gént (csd4), amely részt vesz a baktériumok ívelt alakjában, amelyet az eredeti, nem csavart mutánsok továbbra is fenntartottak. Kiderült, hogy ha üsd ki ezt a gént a nem-twisty mutánsok a baktériumok laza minden nyomát görbe vagy twistyness és mozgás révén viszkózus oldatok, amelyek utánozzák a gyomor bélés sokkal nehezebb. A C. jejuni-tól eltérően tehát a H. pylori két genetikai mechanizmussal rendelkezik, amelyek a spirális alakot okozzák. Az egyik gén, amely a spirális csavarodást okozza a sejtfal bitjeinek térhálósításával, egy másik (a csd4 a 2. referenciában azonosítva), amely önállóan indukálja a sejt görbülését. Úgy tűnik, hogy ez a két mechanizmus is teljesen független, és mindkettő hozzájárul a sejt csavarodásának növeléséhez.
tehát míg a C. jejuni-nak van egy génje, amely kizárólag a spirális alakért és a megnövekedett virulenciáért felelős, addig a H. pylori-nak kettő van. Ennek környezeti okai lehetnek (C. jejuni képes túlélni egy nagyobb tartományban házigazdák) azonban, mivel ezek inkább független baktériumok lehet, hogy csak az, hogy a spirális alakú létezett hosszabb H. pylori amely felvette több mint egy mechanizmus, hogy készítsen (és ha valaki tisztában van bármilyen több okból, ne írjon nekem, és tudassa velem!). Ami világos, hogy a baktériumoknak nagyon határozott okuk van arra, hogy olyan formájúak legyenek, amilyenek, és ezek a formák nem korlátozódnak kizárólag a gömb alakú foltokra.
hitel link az 1.képhez (bakteriális formák)
hitel link a 2. képhez (campylobacter)
hitel link a 3. képhez (helicobacter)
1. hivatkozás: Frirdich E, Biboy J, Adams C, Lee J, Ellermeier J, Gielda LD, Dirita VJ, Girardin SE, Vollmer W, & Gaynor EC (2012). A Campylobacter jejuni spirális sejtformájához és patogenitási tulajdonságaihoz peptidoglikán-módosító pgp1 enzim szükséges. PLoS kórokozók, 8 (3) PMID: 22457624