Spheroplast
En spheroplast (eller sphaeroplast i brittisk användning) är en mikrobiell cell från vilken cellväggen nästan helt har avlägsnats, som genom inverkan av penicillin eller lysozym. Enligt vissa definitioner används termen för att beskriva gramnegativa bakterier . Enligt andra definitioner omfattar termen även jäst . Namnet sfäroplast härrör från det faktum att efter att mikrobens cellvägg har smälts får membranspänningen att cellen får en karakteristisk sfärisk form. Sfäroplaster är osmotiskt ömtåliga och lyser om de överförs till en hypoton lösning.
När det används för att beskriva gramnegativa bakterier, hänvisar termen sfäroplast till celler från vilka peptidoglykankomponenten men inte den yttre membrankomponenten av cellväggen har avlägsnats.
Sfäroplastbildning
Antibiotika-inducerade sfäroplaster
Olika antibiotika omvandlar gramnegativa bakterier till sfäroplaster. Dessa inkluderar peptidoglykansynteshämmare såsom fosfomycin , vankomycin , moenomycin, lactivicin och β-laktamantibiotika . Antibiotika som hämmar biokemiska vägar direkt uppströms om peptidoglykansyntes inducerar också sfäroplaster (t.ex. fosmidomycin , fosfoenolpyruvat ) .
Förutom ovanstående antibiotika orsakar hämmare av proteinsyntes (t.ex. kloramfenikol , oxytetracyklin , flera aminoglykosider ) och hämmare av folsyrasyntes (t.ex. trimetoprim , sulfametoxazol ) också gramnegativa bakterier att bilda sfäroplaster.
Enzyminducerade sfäroplaster
Enzymet lysozym får gramnegativa bakterier att bilda sfäroplaster, men endast om ett membranpermeabilisator som laktoferrin eller etylendiamintetraacetat (EDTA) används för att underlätta enzymets passage genom det yttre membranet . EDTA fungerar som en permeabilisator genom att binda till tvåvärda joner såsom Ca 2+ och ta bort dem från det yttre membranet.
Jästen Candida albicans kan omvandlas till sfäroplaster med hjälp av enzymerna lytikas , kitinas och β-glukuronidas .
Användningsområden och tillämpningar
Antibiotika upptäckt
Från 1960-talet till 1990-talet använde Merck och Co. en sfäroplastskärm som en primär metod för upptäckt av antibiotika som hämmar cellväggsbiosyntesen. I denna skärm som skapats av Eugene Dulaney, exponerades växande bakterier för testsubstanser under hypertona förhållanden. Inhibitorer av cellväggssyntes fick växande bakterier att bilda sfäroplaster. Denna screening möjliggjorde upptäckten av fosfomycin, cephamycin C , tienamycin och flera karbapenemer .
Lappklämning
Speciellt framställda jättesfäroplaster av gramnegativa bakterier kan användas för att studera funktionen hos bakteriella jonkanaler genom en teknik som kallas patch clamp , som ursprungligen designades för att karakterisera beteendet hos neuroner och andra exciterbara celler. För att framställa jättesfäroplaster behandlas bakterier med en septationshämmare (t.ex. cefalexin ). Detta gör att bakterierna bildar filament , långsträckta celler som saknar inre tvärväggar. Efter en tid smälts filamentens cellväggar, och bakterierna kollapsar till mycket stora sfärer omgivna av bara deras cytoplasmatiska och yttre membran. Membranen kan sedan analyseras på en patch clamp- apparat för att bestämma fenotypen av jonkanalerna som är inbäddade i den. Det är också vanligt att överuttrycka en viss kanal för att förstärka dess effekt och göra den lättare att karakterisera.
Tekniken att klämma gigantiska E. coli- sfäroplaster har använts för att studera de naturliga mekanokänsliga kanalerna (MscL, MscS och MscM) av E. coli . Det har utvidgats till att studera andra heterologt uttryckta jonkanaler och det har visats att den gigantiska E. coli- sfäroplasten kan användas som ett jonkanalexpressionssystem jämförbart med Xenopus - oocyten .
Celllys
Jästceller skyddas normalt av en tjock cellvägg som försvårar extraktion av cellulära proteiner. Enzymatisk nedbrytning med av cellväggen med zymolyas, skapar sfäroplaster, gör cellerna sårbara för lätt lysis rengöringsmedel eller snabba osmolära tryckförändringar.
Transfektion
Bakteriella sfäroplaster, med lämpligt rekombinant DNA insatt i dem, kan användas för att transfektera djurceller. Sfäroplaster med rekombinant DNA införs i mediet som innehåller djurceller och fusioneras med polyetylenglykol (PEG). Med denna metod kan nästan 100 % av djurcellerna ta upp det främmande DNA:t. Efter att ha utfört experiment enligt ett modifierat Hanahan -protokoll med användning av kalciumklorid i E. coli , bestämdes det att sfäroplaster kan omvandlas vid 4,9x10-4 .
Se även
externa länkar
- Sfäroplaster vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)