L-формы листерии: обнаружение необычной формы бактериальной жизни

Исследователи обнаружили новую форму жизни листерии, оппортунистического патогена, ответственного за серьезное пищевое отравление. Эти бактерии могут размножаться в виде так называемых L-форм. Методы обнаружения этих бактерий теперь должны быть адаптированы.

Уже более 100 лет было известно, что бактерии могут потерять клеточную стенку и все еще могут выживать. Однако считалось, что это явление является просто артефактом и что бактерии без клеточных стенок не остаются жизнеспособными. Недавнее исследование группы, возглавляемой профессором ETH Zurich Мартином Дж. Лесснером, которое только что было опубликовано в журнале Molecular Microbiology , показывает, что бактерии без клеточной стенки могут быть стабильной формой бактериальной жизни. Удивительно, но Listeria могут не только выжить без клеточной стенки, они даже способны размножаться.

От сыра к мозгу

Listeria ( Listeria monocytogenes) являются патогенами, вызывающими опасные и часто смертельные случаи пищевых инфекций, и часто встречаются в молочных продуктах, таких как мягкий сыр Vacherin. Бактерии проникают в организм человека через эпителиальные клетки кишечника и распространяются от клетки к клетке, что делает их невидимыми для иммунной системы. Листерия может пересекать как гематоэнцефалический барьер, так и плацентарный барьер. Достигнув мозга, они вызывают сильное воспаление мозга, которое может привести к летальному исходу. Листерия также может угрожать плодам и беременным женщинам.

Мембрана вместо клеточной стенки

Клетки листерии обычно появляются в виде маленьких палочек. Если они теряют клеточную стенку, например, в результате контакта с некоторыми антибиотиками, такими как пенициллин, они становятся сферическими и значительно увеличиваются. Эти клетки с дефицитом клеточной стенки окружены только одной мембраной. В качестве промежуточной стадии между этой L-формой и родительскими клетками в форме стержня существует промежуточная стадия, с которой бактерии могут восстанавливать свою клеточную стенку. Однако, как только Listeria достигла полного статуса L-формы, пути назад уже быть не может.

Переход от нормальной формы к L-форме сопровождается многими изменениями клеточного метаболизма и активности генов. Почти 280 генов нормальной и L-формы Listeria показали различную активность. В то время как гены, ответственные за регуляцию стресса, были активированы в L-формах, гены метаболизма и энергетического баланса были сильно подавлены. Исследователи интерпретируют это как бактериальный ответ и активную адаптацию к новому образу жизни. Лесснер говорит: «У Listeria L-формы действительно очень напряженная жизнь».

«Выращивание» L-форм бактерий — дело непростое. Их нужно «разводить» в жидкой среде и они обычно не образуют колоний, поэтому посев на чашку Петри невозможен. Хотя L-образные клетки Listeria способны к самовоспроизводству, это может занять некоторое время: формирование видимой колонии в пробирках, содержащих мягкую среду, занимает не менее шести дней, по сравнению с 16-20 часами для нормальных клеток.

Новый механизм деления

Исследователи были поражены своими наблюдениями о том, как материнские клетки продуцируют дочерние клетки L-формы. Во-первых, внутри больших L-образных клеток образуются новые везикулы. Когда они становятся достаточно большими, материнская клетка взрывается и высвобождает дочерние клетки. На данный момент они имеют полный генетический состав материнской клетки, но все еще неясно, как передается генетический материал. Интересно, что их метаболизм не начинается, пока они не будут выпущены из материнской клетки.

L-формы могут расти в молоке

У исследователей была причина исследовать эту странную форму бактериальной жизни: крупную эпидемию листерии со многими смертельными случаями в США около 20 лет назад. Хотя очевидно, что это было результатом потребления загрязненного молока, и патогенные микроорганизмы могли быть обнаружены как на ферме, из которой происходило молоко, так и у пациентов, которые потребляли молоко, лаборатории не смогли обнаружить Listeria в молоке. Одним из возможных объяснений является то, что бактерии присутствовали в молоке в их обратимой L-форме и, таким образом, были необнаружимы. Лесснер говорит: «Это потому, что L-форма может размножаться в молоке так же, как и в лабораторных условиях».

L-форма Listeria также может перехитрить иммунную систему. Хотя макрофаги, то есть фагоциты, поглощают сферулы, они, по-видимому, не способны убить их своевременно. В то время как нормальные клетки Listeria погибают примерно через 30 минут, L-формы могут существовать в макрофагах гораздо дольше. Профессор ETH Zurich считает, что «у иммунной системы могут быть проблемы, если макрофаги не могут распознавать L-формы как патоген».

Патологи иногда сообщали о небольших пузырьковидных объектах в срезах мозга животных, которые умерли от листериоза, но до сих пор было невозможно правильно их классифицировать. Лесснер предполагает, что они могли также включать L-форму Listeria.

Ссылка на журнал:
Dell’Era S, Buchrieser C, Couvé E, Schnell B, Briers Y, Schuppler M, Loessner MJ. Listeria monocytogenes L-forms respond to cell wall deficiency by modifying gene expression and the mode of division. Молекулярная микробиология , 73: 306-322; Онлайн: 23 июня 2009 DOI: 10.1111 / j.1365-2958.2009.06774.x