L-forma baktérium

Bacillus subtilis L-formájának transzmissziós elektronmikroszkópos felvétele. A skála beosztása 500 nanométeres.

Az „L-forma” szócikk ide irányít át. A cukrok és aminosavak L-konfigurációjáról az Optikai izoméria szócikk ír.

Az L-forma baktérium (baktériumok L-formája), az angol nyelvű szakirodalomban még: L-phase bacteria, L-phase variants vagy cell wall deficient (CWD) bacteria kifejezés olyan baktériumtörzsre utal, aminek hiányzik a sejtfala.^[1] Emmy Klieneberger-Nobel német származású mikrobiológus izolálta őket elsőként 1935-ben, és adta nekik az „L-forms” (L-formák) nevet, munkahelye, a londoni Lister Institute után.^[2]

Két fajtáját különböztetik meg: az instabil L-formák vagy szferoplasztok osztódásra képesek, de képesek visszaalakulni sejtfallal rendelkező formára, és a stabil L-formák, amik visszaalakulásra nem képesek.

Egyes parazita életmódú baktériumokból, mint a fitoplazma vagy a mikoplazma szintén hiányzik a sejtfal,^[3] de ezeket nem tekintik L-formáknak, mivel nem egyébként sejtfallal rendelkező baktériumok különleges alakváltozatai.^[4]

Megjelenés, sejtosztódás

Különböző méretű Bacillus subtilis L-formák transzmissziós elektronmikroszkópos felvétele. A skála beosztása 10 mikrométeres.

A baktériumok morfológiáját a sejtfal határozza meg. Mivel az L-formák nem rendelkeznek sejtfallal, alakjuk eltér a baktériumtörzsétől, amelyből erednek, tipikusan gömb vagy szferoid. Például a pálcika alakú Bacillus subtilis fáziskontraszt-mikroszkóp vagy transzmissziós elektronmikroszkóp alatt kerek formájúnak látszik.^[5]

Bár L-formák Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumokból egyaránt kialakulhatnak, a Gram-festés során az L-formák mindig Gram-negatív eredményt adnak a sejtfal hiánya miatt.

A sejtfalnak fontos szerepe van a sejtosztódásban is, ami a legtöbb baktérium esetében kettéosztódással (bináris hasadás) történik. Az L-formák esetén a sejtfal hiánya miatt a sejtosztódás szervezetlen, így az osztódás során a nagyon aprótól a nagyon nagyig különböző méretű sejtek jönnek létre.

Bacillus subtilis L-forma sejtjeinek fáziskontraszt-képe. A skála beosztása 5 mikrométeres.

A bakteriális sejtosztódás általában megköveteli a sejtfal, és a bakteriális sejtváz minden komponensének (mint pl. az FtsZ) jelenlétét. Az L-forma baktériumok képessége, hogy ezek nélkül is növekedjenek és osztódjanak merőben szokatlan, és talán egy az élet fejlődésének korábbi szakaszaiban működő sejtosztódási formát képvisel.^[1] Ennek a sejtosztódási formának sajátossága, hogy vékony kitüremkedések alakulnak ki a sejt felületén, amik aztán leválnak, hogy új sejteket alkossanak.

Létrehozás kultúrában

L-formákat laboratóriumi körülmények között is létre lehet hozni egyébként sejtfallal rendelkező fajokból, mint a Bacillus subtilis vagy az Escherichia coli. Ez történhet a peptidoglikán-szintézis antibiotikummal való gátlásával, vagy a sejtfalat emésztő lizozim enzimmel való kezelés útján. Az L-formákat olyan tápközegben kell nevelni, aminek az ozmolalitása megegyező a baktérium citoszoljáéval (sejtfolyadék), azaz izotonikus oldat. Ez megakadályozza az ozmotikus sokk kialakulását.^[2] A L-formák törzsei instabilak is lehetnek, azaz visszanöveszthetik a sejtfalukat. Ez megakadályozható, ha hosszú ideig azonos körülmények között tartják a baktériumkultúrát.^[6]

Egyes kutatóknak sikerült az L-formák létrejöttekor történő mutációkat azonosítani.^[1][2] Az egyik ilyen pontmutáció a lipidanyagcsere mevalonát-anyagcsereútjának egy enzimével kapcsolatos, és az L-formák létrejöttének gyakoriságát mintegy ezerszeresére növelte.^[1] Ennek hatásmechanizmusa nem ismert, de köze lehet az enzim szerepéhez egy a peptidoglikán-szintézisben fontos lipid előállításában.

Egy másik módszer a nanotechnológia felhasználása. Mikrofluidikai eszközöket építve a peptidoglikán szintézisét a rendelkezésre álló tér korlátozásával akadályozni lehet. Egy szomszédos mikroélőhelyfoltokat és bakteriális metapopulációkat összekötő, szűk (nagyságrendileg mikrométeresnél kisebb) biológiai folyosón („vadátjárón”) keresztül történő szétszóródás után az L-formához hasonló sejtek nyerhetők.^[7]

Jelentőségük, alkalmazásaik

Az L-forma baktériumok kutatása hasznos lehet az élet ősi formáinak kutatásában és a biotechnológiában.

A laboratóriumban létrehozott L-forma baktériumtörzsek létezését a természetben nem sikerült igazolni. Egyes publikációk humánpatogén L-forma baktériumok létezése mellett érveltek, de a betegség és ezen életformák közötti kapcsolat töredékes és gyakran ellentmondásos, ezért az elmélet vitatott maradt.^[8][9]

A kérdésben a két végletes álláspont szerint az L-forma baktériumok vagy mindössze laboratóriumi látványosságok, vagy betegségek fontos, fel nem ismert okozói.^[4] Az L-forma baktériumok kutatása folytatódik, például L-forma szervezeteket figyeltek meg egerek tüdejében, miután egy kísérletben Nocardia caviae-vel oltották be őket,^[10][11] és egy tanulmány szerint az L-formák megfertőzhetnek olyan immunszupresszív gyógyszerekkel kezelt pácienseket, akik csontvelő-átültetésen estek át.^[12] A sejtfal nélküli baktériumtörzsek kialakulása fontos lépés lehet a gyógyszerrezisztens baktériumok kialakulásában is.^[13]

Vizsgálják az L-forma baktériumok biotechnológiai felhasználásának lehetőségét a fehérjetermelés eszközeiként.^[14] Itt a sejtfal hiánya kimondottan előnyös, mivel nagy mennyiségű fehérje termelését teszi lehetővé, amik egyébként a sejthártya és a külső membrán közötti periplazmatikus térben gyűlnének fel.^[15][16] A periplazmatikus térben toxikus mennyiségben felgyűlhetnek a fehérjék, ami csökkentheti a kiválasztott fehérjék hozamát.

Lásd még

• Protoplaszt
• Szferoplaszt
• Mycoplasmataceae
• Nanobaktériumok

Ajánlott irodalom

• Domingue, Gerald J.. Cell wall-deficient bacteria: basic principles and clinical significance. Reading, Mass: Addison-Wesley Pub. Co (1982). ISBN 0-201-10162-9 
• Mattman, Lida H.. Cell wall deficient forms: stealth pathogens. Boca Raton: CRC (2001). ISBN 0-8493-8767-1 

Jegyzetek

1. Leaver M, Domínguez-Cuevas P, Coxhead JM, Daniel RA, Errington J (2009. February). „Life without a wall or division machine in Bacillus subtilis”. Nature 457 (7231), 849–53. o. DOI:10.1038/nature07742. PMID 19212404. 
2. Joseleau-Petit D, Liébart JC, Ayala JA, D'Ari R (2007. September). „Unstable Escherichia coli L forms revisited: growth requires peptidoglycan synthesis”. J. Bacteriol. 189 (18), 6512–20. o. DOI:10.1128/JB.00273-07. PMID 17586646. PMC 2045188. 
3. Razin S, Yogev D, Naot Y (1998. December). „Molecular biology and pathogenicity of mycoplasmas”. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62 (4), 1094–156. o. PMID 9841667. PMC 98941. 
4. Domingue GJ, Woody HB (1997. April). „Bacterial persistence and expression of disease”. Clin. Microbiol. Rev. 10 (2), 320–44. o. PMID 9105757. PMC 172922.  Full PDF
5. Gilpin RW, Young FE, Chatterjee AN (1973. January). „Characterization of a stable L-form of Bacillus subtilis 168”. J. Bacteriol. 113 (1), 486–99. o. PMID 4631836. PMC 251652. 
6. Allan EJ (1991. April). „Induction and cultivation of a stable L-form of Bacillus subtilis”. J. Appl. Bacteriol. 70 (4), 339–43. o. PMID 1905284. 
7. Männik J., R. Driessen, P. Galajda, J.E. Keymer, C. Dekker (2009. September). „Bacterial growth and motility in sub-micron constrictions”. PNAS 106 (35), 14861–14866. o. DOI:10.1073/pnas.0907542106. PMID 19706420. PMC 2729279. 
8. Onwuamaegbu ME, Belcher RA, Soare C (2005). „Cell wall-deficient bacteria as a cause of infections: a review of the clinical significance”. J. Int. Med. Res. 33 (1), 1–20. o. [2009. augusztus 24-i dátummal az eredetiből archiválva]. PMID 15651712. (Hozzáférés: 2009. március 16.) 
9. Casadesús J (2007. December). „Bacterial L-forms require peptidoglycan synthesis for cell division”. Bioessays 29 (12), 1189–91. o. DOI:10.1002/bies.20680. PMID 18008373. 
10. Beaman BL (1980. July). „Induction of L-phase variants of Nocardia caviae within intact murine lungs”. Infect. Immun. 29 (1), 244–51. o. PMID 7399704. PMC 551102. 
11. Beaman BL, Scates SM (1981. September). „Role of L-forms of Nocardia caviae in the development of chronic mycetomas in normal and immunodeficient murine models”. Infect. Immun. 33 (3), 893–907. o. PMID 7287189. PMC 350795. 
12. Woo PC, Wong SS, Lum PN, Hui WT, Yuen KY (2001. March). „Cell-wall-deficient bacteria and culture-negative febrile episodes in bone-marrow-transplant recipients”. Lancet 357 (9257), 675–9. o. DOI:10.1016/S0140-6736(00)04131-3. PMID 11247551. 
13. Fuller E, Elmer C, Nattress F, et al (2005. December). „Beta-lactam resistance in Staphylococcus aureus cells that do not require a cell wall for integrity”. Antimicrob. Agents Chemother. 49 (12), 5075–80. o. [2009. május 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1128/AAC.49.12.5075-5080.2005. PMID 16304175. PMC 1315936. (Hozzáférés: 2010. augusztus 15.) 
14. Gumpert J, Hoischen C (1998. October). „Use of cell wall-less bacteria (L-forms) for efficient expression and secretion of heterologous gene products”. Curr. Opin. Biotechnol. 9 (5), 506–9. o. DOI:10.1016/S0958-1669(98)80037-2. PMID 9821280. 
15. Rippmann JF, Klein M, Hoischen C, et al (1998. december 1.). „Procaryotic expression of single-chain variable-fragment (scFv) antibodies: secretion in L-form cells of Proteus mirabilis leads to active product and overcomes the limitations of periplasmic expression in Escherichia coli”. Appl. Environ. Microbiol. 64 (12), 4862–9. o. PMID 9835575. PMC 90935. 
16. Choi JH, Lee SY (2004. June). „Secretory and extracellular production of recombinant proteins using Escherichia coli”. Appl. Microbiol. Biotechnol. 64 (5), 625–35. o. DOI:10.1007/s00253-004-1559-9. PMID 14966662. 

Fordítás

• Ez a szócikk részben vagy egészben az L-form bacteria című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.