snabb, kan du beskriva dina morföräldrar? Staphylococcus aureus, eller den gyllene Staphen, kan och det är en enda cell. Om du inte kunde bör du besöka dem oftare. Hur som helst kom ett väldigt coolt papper ut nyligen men innan vi kan komma dit måste vi börja med att gå bakåt för att förklara en mycket viktig bakteriestruktur som kallas peptidoglykan.,
peptidoglykan är en polymer av aminosyror (därav peptiden-) och sockerarter (därav –glykan) som utgör cellväggen av alla bakterier. Denna struktur är så grundläggande för bakterielivet att större funktionell uppdelning av bakteriearter är baserad på strukturen hos detta peptidoglykanskikt, vilket kan utnyttjas av ett speciellt färgningsprotokoll.
Ja, jag har använt det här tidigare men det fungerar fortfarande. Kredit: Mig.
tillbaka i 1884 utvecklade en kille som heter Gram en färgningsteknik för att visualisera bakterieprover (nu kallad Gram-fläck)., Det var verkligen viktigt eftersom, som historien går, lunginflammation var ett stort problem på den tiden och det fanns tre orsaker; okänd (senare identifierats som viral lunginflammation) och två typer av bakteriell lunginflammation som orsakas av antingen Streptococcus pneumoniae eller Klebsiella pneumoniae. Viktigt lunginflammation orsakad av streptokocker är mer smittsam och utvecklas snabbare än lunginflammation orsakad av Klebsiella, som tenderar att bara påverka immuno-äventyras., Grams fläck, som var snabb och definitiv, gjorde det möjligt för de tre olika typerna av lunginflammation att grupperas tillsammans, minska spridningen och därmed förebygga sjukdom.
Gram fläck av blandade kulturer av S. aureus (lila) och E. coli (röd). Kredit: Wikimedia.
Så hur fungerade Grams fläck? På grund av peptidoglykanskiktet., Det förtjockade peptidoglykanskiktet i grampositiva celler gör det möjligt för dem att behålla fläcken (därmed återstående ”fläckpositiv” eller ” Gram-positiv) där det tunna skiktet som ses i gramnegativa celler inte kan hindra fläcken från att läcka ut (därmed fläck och Gram-negativ). Naturligtvis Gram själv visste inte detta men hans fläck var en framgång och det var 1884 så ge honom en paus.
ganska enkel bild men allt är färgkodat. Kredit: Wikimedia.
peptidoglykan är också avgörande för hur antibiotika fungerar., Rollen av en bakteriell cellvägg är defensiv. Väggen är där av samma anledning vår hud är på oss, för att hålla insidan och utsidan ut och det gör detta genom att fysiskt begränsa storleken och formen på cellen. I den mikrobiella världen är en av de viktigaste krafterna som förändrar cellstorlek och form, tro det eller ej, vatten.
en bakteriecell är en liten salt bubbla som i allmänhet finns i en mindre salt miljö., Problemet ligger i att den mindre salta miljön vill jämna ut alla saltkoncentrationer så att vatten skulle rusa in i cellen för att späda ut sin saltighet tills den matchar miljön, eller tills den spricker och dödar cellen. Denna process ges namnet osmos. Peptidoglykanens roll är att fungera som en fysisk barriär mot cellen som tar på sig mycket vatten och dödar sig själv. Det är som att försöka blåsa upp en ballong inuti en liten låda, när en viss mängd luft går i lådan trycker tillbaka på den expanderande ballongen och ingen mer luft kan skjutas in i ballongen.,
men anta att vi kunde bryta denna peptidoglykanvägg, vilket skulle leda till att bakterien förlorar detta skyddande skikt och blir sårbar för osmos som orsakar cellpopen. Skulle inte det vara ett bra antibiotikum?
visar sig att det är ett bra antibiotikum, penicillin. Penicillin fungerar genom att hämma reparationen av peptidoglykanskiktet, därför skadar föreningar och peptidoglykan äventyras, vilket gör att det blir mottagligt för osmotisk Lys.
detta förklarar också varför penicillin och dess derivat är effektivare mot Gram-positiva celler., Med sitt peptidoglykanskikt dolt under ett yttre lipidmembran är det svårare för penicillinet att nå peptidoglykan där det har aktivitet medan Gram-positiva cellväggar lämnar peptidoglykan exponeras.
Penicillin är så bra på att döda bakterier att bakterier måste utvecklas en väg runt den. De gör det på två sätt, antingen förstör de själva penicillinet eller så ändrar de Målet med penicillin till något penicillin inte känner igen., Hursomhelst vår användning av penicillin, och vår exploatering av denna peptidoglykan vägg utlöste en kapprustning med den mikrobiella världen så att de kunde skydda den dyrbara peptidoglykan.
jag nämnde på toppen att S. aureus vet vad som är farförälder såg ut och att detta var relaterat till peptidoglykan och detta kommer tillbaka till hur dessa bakterier bestämmer hur det kommer att dela.
ett nytt dokument i Nature Communications av professor Simon Fosters group (Turner et al.,, 2010, se nedan) har visat att den gyllene Staph har detekterbara åsar i sin peptidoglykanstruktur, en slags pajskorpa som finns i ett mycket specifikt mönster. De fann att en ås var ekvatorial (hela revbenet), en andra ås bisekterad endast en halvklot (halv revben) och en tredje ås vinkelrätt bisekterade hälften av den tidigare bisekterade halvklotet (kvartalskena).,
det har länge varit känt att stafylokocker bildas i klasar, i själva verket kommer det namnet från det grekiska ordet för druvor, och ännu mer nyligen har det observerats att stafylokockcelldelning sker i en mycket specifik ordning. Den första divisionen ligger inom x-axeln, den andra inom y-axeln sedan den tredje i z-axeln innan den upprepas. Varje celldelning sker inom ett nytt plan och i rät vinkel mot den sista celldelningen.
min egen rendering av S. aureus division mönster., Varje division numreras i ordning och det bör vara uppenbart att ” 1 ” och ” 4 ” är samma steg i en upprepande cykel. Kredit: Mig.
Vad Prof. Foster och hans grupp har visat är att paj-skorpor eller peptidoglycan revben markerar platsen för peptidoglycan syntes under Stafylokock celldelning och på grund av det sätt som varje cell delar sig den behåller informationen i de två tidigare divisionerna, sina föräldrars och mor-föräldrarnas divisioner! Vidare indikerar denna observation att denna process inte är slumpmässig och så förmodligen driven av peptidoglykan själv.,
peptidoglykan är en underbar substans. Utan det skulle bakterier vara sårbara för döden med vatten, vi skulle inte kunna snabbt, enkelt eller billigt skilja dem åt och vi skulle vara utan penicillin, kanske den näst största biomedicinska innovationen efter vacciner. Nu verkar det som att peptidoglykan kan styra platsen för celldelning, i S. aureus ändå, vilket indikerar att det kan finnas mer att upptäcka om denna bakteriella wonderwall.