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Bacterias en forma de L

Micrografía electrónica de transmisión de la forma L de Bacillus subtilis . Las células carecen de la pared celular densa en electrones de las bacterias normales . La barra de escala mide 500 nanómetros .

Las bacterias de forma L , también conocidas como bacterias de fase L , variantes de fase L o bacterias deficientes en pared celular ( CWDB ), son formas de crecimiento derivadas de diferentes bacterias . Carecen de paredes celulares . [1] Se distinguen dos tipos de formas L: las formas L inestables , esferoplastos que son capaces de dividirse, pero pueden volver a la morfología original, y las formas L estables , formas L que no pueden volver a la bacteria original.

Descubrimiento y primeros estudios

Las bacterias en forma L fueron aisladas por primera vez en 1935 por Emmy Klieneberger-Nobel , quien las denominó " formas L " en honor al Instituto Lister de Londres donde trabajaba. [2]

Ella interpretó primero estas formas de crecimiento como simbiontes relacionados con organismos similares a la pleuroneumonía (PPLOs, más tarde comúnmente llamados micoplasmas). [3] Los micoplasmas (ahora en la clasificación científica llamados Mollicutes ), especies parásitas o saprotróficas de bacterias, también carecen de pared celular (el peptidoglicano/mureína está ausente). [4] [5] Morfológicamente, se parecen a las bacterias en forma L. Por lo tanto, los micoplasmas anteriormente se consideraban a veces formas L estables o, debido a su pequeño tamaño, incluso virus, pero el análisis filogenético los ha identificado como bacterias que han perdido sus paredes celulares en el curso de la evolución. [6] Tanto los micoplasmas como las bacterias en forma L son resistentes a la penicilina .

Tras el descubrimiento de los PPLO (micoplasmas/ Mollicutes ) y las bacterias en forma de L, su modo de reproducción (proliferación) se convirtió en un tema de discusión importante. En 1954, utilizando microscopía de contraste de fases, las observaciones continuas de células vivas han demostrado que las bacterias en forma de L (antes también llamadas bacterias en fase L) y los organismos similares a la pleuroneumonía (PPLO, ahora micoplasmas/ Mollicutes ) no proliferan por fisión binaria, sino por un mecanismo de gemación uni o multipolar . Se han presentado series de microfotografías de microcultivos en crecimiento de diferentes cepas de bacterias en forma de L, PPLO y, como control, una especie de Micrococcus (que se divide por fisión binaria). [3] Además, se han realizado estudios con microscopio electrónico. [7]

Apariencia y división celular

Micrografía electrónica de transmisión de una población de Bacillus subtilis en forma L , que muestra un rango de tamaños. La barra de escala mide 10 micrómetros .

La morfología bacteriana está determinada por la pared celular . Dado que la forma L no tiene pared celular, su morfología es diferente de la de la cepa bacteriana de la que deriva. Las células típicas de forma L son esferas o esferoides . Por ejemplo, las formas L de la bacteria Bacillus subtilis, con forma de bastón, parecen redondas cuando se observan mediante microscopía de contraste de fases o mediante microscopía electrónica de transmisión . [8]

Aunque las formas L pueden desarrollarse a partir de bacterias Gram-positivas así como Gram-negativas , en una prueba de tinción de Gram , las formas L siempre colorean a las Gram-negativas, debido a la falta de pared celular.

La pared celular es importante para la división celular , que, en la mayoría de las bacterias, ocurre por fisión binaria . Este proceso generalmente requiere una pared celular y componentes del citoesqueleto bacteriano como FtsZ . La capacidad de las bacterias en forma L y los micoplasmas para crecer y dividirse en ausencia de ambas estructuras es muy inusual y puede representar una forma de división celular que fue importante en las primeras formas de vida. Este modo de división parece implicar la extensión de protuberancias delgadas desde la superficie de la célula y estas protuberancias luego se desprenden para formar nuevas células. La falta de pared celular en las formas L significa que la división es desorganizada, dando lugar a una variedad de tamaños de células, desde muy pequeñas hasta muy grandes. [1]

Imagen de contraste de fases de células en forma de L de Bacillus subtilis que muestra un rango de tamaños. La barra de escala mide 5 micrómetros.

Generación en las culturas

Las formas L se pueden generar en el laboratorio a partir de muchas especies bacterianas que normalmente tienen paredes celulares, como Bacillus subtilis o Escherichia coli . Esto se hace inhibiendo la síntesis de peptidoglicano con antibióticos o tratando las células con lisozima , una enzima que digiere las paredes celulares. Las formas L se generan en un medio de cultivo que tiene la misma osmolaridad que el citosol bacteriano (una solución isotónica ), lo que evita la lisis celular por choque osmótico . [2] Las cepas de forma L pueden ser inestables, tendiendo a volver a la forma normal de las bacterias mediante la regeneración de una pared celular, pero esto se puede prevenir mediante el cultivo a largo plazo de las células en las mismas condiciones que se utilizaron para producirlas, permitiendo que las mutaciones que deshabilitan la pared se acumulen por deriva genética . [9]

Algunos estudios han identificado mutaciones que ocurren, ya que estas cepas se derivan de bacterias normales. [1] [2] Una de esas mutaciones puntuales D92E está en una enzima yqiD / ispA ( P54383 ) involucrada en la vía del mevalonato del metabolismo lipídico que aumentó la frecuencia de formación de la forma L 1.000 veces. [1] No se conoce la razón de este efecto, pero se presume que el aumento está relacionado con el papel de esta enzima en la fabricación de un lípido importante en la síntesis de peptidoglicano.

Otra metodología de inducción se basa en la nanotecnología y la ecología del paisaje . Se pueden construir dispositivos de microfluidos para desafiar la síntesis de peptidoglicano mediante un confinamiento espacial extremo. Después de la dispersión biológica a través de un corredor biológico restringido (escala submicrométrica) que conecta parches de microhábitat adyacentes , se pueden derivar células similares a la forma L [10] utilizando un ecosistema basado en microfluidos (sintético) que implementa un paisaje adaptativo [11] que selecciona fenotipos que cambian de forma similares a las formas L.

Importancia y aplicaciones

Algunas publicaciones han sugerido que las bacterias en forma L podrían causar enfermedades en humanos, [12] y otros animales [13] pero, como la evidencia que vincula a estos organismos con la enfermedad es fragmentaria y frecuentemente contradictoria, esta hipótesis sigue siendo controvertida. [14] [15] Los dos puntos de vista extremos sobre esta cuestión son que las bacterias en forma L son curiosidades de laboratorio sin importancia clínica o causas importantes pero no apreciadas de enfermedad. [5] La investigación sobre las bacterias en forma L continúa. Por ejemplo, se han observado organismos en forma L en pulmones de ratones después de la inoculación experimental con Nocardia caviae , [16] [17] y un estudio reciente sugirió que estos organismos pueden infectar a pacientes inmunodeprimidos que se han sometido a trasplantes de médula ósea . [18] También se ha propuesto que la formación de cepas de bacterias que carecen de paredes celulares es importante en la adquisición de resistencia bacteriana a los antibióticos . [19] [20]

Las bacterias en forma de L pueden ser útiles en la investigación sobre formas tempranas de vida y en biotecnología . Estas cepas se están estudiando para posibles usos en biotecnología como cepas hospedadoras para la producción de proteínas recombinantes . [21] [22] [23] En este caso, la ausencia de una pared celular puede permitir la producción de grandes cantidades de proteínas secretadas que de otro modo se acumularían en el espacio periplásmico de las bacterias. [24] [25]

Las bacterias en forma de L se consideran células persistentes y una fuente de infección recurrente que ha adquirido interés médico. [26]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcd Leaver M, Domínguez-Cuevas P, Coxhead JM, Daniel RA, Errington J (febrero de 2009). "Vida sin pared ni máquina de división en Bacillus subtilis". Nature . 457 (7231): 849–53. Bibcode :2009Natur.457..849L. doi :10.1038/nature07742. PMID  19212404. S2CID  4413852.
  2. ^ abc Joseleau-Petit D, Liébart JC, Ayala JA, D'Ari R (septiembre de 2007). "Revisión de las formas inestables de Escherichia coli L: el crecimiento requiere la síntesis de peptidoglicano". J. Bacteriol . 189 (18): 6512–20. doi :10.1128/JB.00273-07. PMC 2045188 . PMID  17586646. 
  3. ^ ab Kandler, Gertraud; Kandler, Otto (1954). "Untersuchungen über die Morphologie und die Vermehrung der pleuropneumonie-ähnlichen Organismen und der L-Phase der Bakterien. I. Lichtmikroskopische Untersuchungen" [Estudios sobre la morfología y la multiplicación (proliferación) de organismos similares a la pleuroneumonía y sobre la fase L bacteriana, I. Light microscopía (ahora micoplasmas y bacterias en forma L)] (PDF) . Archiv für Mikrobiologie (en alemán). 21 (2). (Artículo en inglés disponible): 178–201. doi :10.1007/BF01816378. PMID  14350641. S2CID  21257985.
  4. ^ Razin S, Yogev D, Naot Y (diciembre de 1998). "Biología molecular y patogenicidad de micoplasmas". Microbiol. Mol. Biol. Rev. 62 ( 4): 1094–156. doi : 10.1128/MMBR.62.4.1094-1156.1998. PMC 98941. PMID  9841667. 
  5. ^ ab Domingue GJ, Woody HB (abril de 1997). "Persistencia bacteriana y expresión de la enfermedad". Clin. Microbiol. Rev. 10 ( 2): 320–44. doi :10.1128/CMR.10.2.320. PMC 172922. PMID  9105757 .  PDF completo
  6. ^ Woese, Carl R. ; Maniloff, J.; Zablen, LB (1980). "Análisis filogenético de los micoplasmas" (PDF) . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 77 (1): 494–498. Bibcode :1980PNAS...77..494W. doi : 10.1073/pnas.77.1.494 . PMC 348298 . PMID  6928642. 
  7. ^ Kandler, Gertraud; Kandler, Otto ; Huber, Oskar (1954). "Untersuchungen über die Morphologie und die Vermehrung der pleuropneumonie-ähnlichen Organismen und der L-Phase der Bakterien. II. Elektronenmikroskopische Untersuchungen" [Estudios sobre morfología y multiplicación (proliferación) de organismos similares a la pleuroneumonía y sobre la fase L bacteriana, II. Microscopía electrónica (ahora micoplasmas y bacterias en forma L)] (PDF) . Archiv für Mikrobiologie (en alemán). 21 (2). (Artículo en inglés disponible): 202–216. doi :10.1007/BF01816379. PMID  1435064. S2CID  45546531.
  8. ^ Gilpin RW, Young FE, Chatterjee AN (enero de 1973). "Caracterización de una forma L estable de Bacillus subtilis 168". J. Bacteriol . 113 (1): 486–99. doi :10.1128/JB.113.1.486-499.1973. PMC 251652 . PMID  4631836. 
  9. ^ Allan EJ (abril de 1991). "Inducción y cultivo de una forma L estable de Bacillus subtilis". Journal of Applied Bacteriology . 70 (4): 339–43. doi :10.1111/j.1365-2672.1991.tb02946.x. PMID  1905284.
  10. ^ Männik J.; R. Driessen; P. Galajda; JE Keymer; C. Dekker (septiembre de 2009). "Crecimiento bacteriano y motilidad en constricciones submicrónicas". PNAS . 106 (35): 14861–14866. Bibcode :2009PNAS..10614861M. doi : 10.1073/pnas.0907542106 . PMC 2729279 . PMID  19706420. 
  11. ^ Keymer JE; P. Galajda; C. Muldoon R.; R. Austin (noviembre de 2006). "Metapoblaciones bacterianas en paisajes nanofabricados". PNAS . 103 (46): 17290–295. Bibcode :2006PNAS..10317290K. doi : 10.1073/pnas.0607971103 . PMC 1635019 . PMID  17090676. 
  12. ^ Wall S, Kunze ZM, Saboor S, Soufleri I, Seechurn P, Chiodini R, McFadden JJ (1993). "Identificación de agentes similares a esferoplastos aislados de tejidos de pacientes con enfermedad de Crohn y tejidos de control mediante reacción en cadena de la polimerasa". J. Clin. Microbiol . 31 (5): 1241–5. doi :10.1128/JCM.31.5.1241-1245.1993. PMC 262911 . PMID  8501224. 
  13. ^ Hulten K, Karttunen TJ, El-Zimaity HM, Naser SA, Collins MT, Graham DY, El-Zaatari FA (2000). "Identificación de formas deficientes en pared celular de M. avium subsp. paratuberculosis en tejidos embebidos en parafina de animales con enfermedad de Johne mediante hibridación in situ". J. Microbiol. Methods . 42 (2): 185–95. doi :10.1016/S0167-7012(00)00185-8. PMID  11018275.
  14. ^ Onwuamaegbu ME, Belcher RA, Soare C (2005). "Bacterias deficientes en la pared celular como causa de infecciones: una revisión de la importancia clínica" (PDF) . J. Int. Med. Res . 33 (1): 1–20. doi :10.1177/147323000503300101. PMID  15651712. S2CID  24781904. Archivado desde el original (PDF) el 24 de agosto de 2009.
  15. ^ Casadesús J (diciembre de 2007). "Las formas L bacterianas requieren la síntesis de peptidoglicano para la división celular". BioEssays . 29 (12): 1189–91. doi :10.1002/bies.20680. PMID  18008373. S2CID  9863534.
  16. ^ Beaman BL (julio de 1980). "Inducción de variantes de fase L de Nocardia caviae en pulmones murinos intactos". Infect. Immun . 29 (1): 244–51. doi :10.1128/IAI.29.1.244-251.1980. PMC 551102. PMID  7399704. 
  17. ^ Beaman BL, Scates SM (septiembre de 1981). "Función de las formas L de Nocardia caviae en el desarrollo de micetomas crónicos en modelos murinos normales e inmunodeficientes". Infect. Immun . 33 (3): 893–907. doi : 10.1128/IAI.33.3.893-907.1981. PMC 350795. PMID  7287189. 
  18. ^ Woo PC, Wong SS, Lum PN, Hui WT, Yuen KY (marzo de 2001). "Bacterias deficientes en la pared celular y episodios febriles con cultivo negativo en receptores de trasplante de médula ósea". Lancet . 357 (9257): 675–9. doi :10.1016/S0140-6736(00)04131-3. PMID  11247551. S2CID  1295920.
  19. ^ Fuller E, Elmer C, Nattress F, et al. (diciembre de 2005). "Resistencia a β-lactamas en células de Staphylococcus aureus que no requieren una pared celular para su integridad". Antimicrob. Agents Chemother . 49 (12): 5075–80. doi : 10.1128/AAC.49.12.5075-5080.2005. PMC 1315936. PMID  16304175. 
  20. ^ Mickiewicz, Katarzyna M.; Kawai, Yoshikazu; Drage, Lauren; Gomes, Margarida C.; Davison, Frances; Pickard, Robert; Hall, Judith; Mostowy, Serge; Aldridge, Phillip D.; Errington, Jeff (2019). "Posible función del cambio de forma L en la infección recurrente del tracto urinario". Nature Communications . 10 (1): 4379. Bibcode :2019NatCo..10.4379M. doi :10.1038/s41467-019-12359-3. PMC 6763468 . PMID  31558767. 
  21. ^ Sieben, Stefan (abril de 1998). "Die stabilen Protoplasten-Typ L-Formen von Proteus mirabilis als neues Expressionssystem für sekretorische Proteine ​​und integrale Mempranproteine". Disertación Universität Jena . OCLC  246350676.
  22. ^ Sieben S, Hertle R, Gumpert J, Braun V (octubre de 1998). "La hemolisina de Serratia marcescens es secretada pero no activada por las formas L estables de tipo protoplasto de Proteus mirabilis". Arch. Microbiol . 170 (4): 236–42. Bibcode :1998ArMic.170..236S. doi :10.1007/s002030050638. PMID  9732437. S2CID  23295806.
  23. ^ Gumpert J, Hoischen C (octubre de 1998). "Uso de bacterias sin pared celular (formas L) para la expresión y secreción eficientes de productos génicos heterólogos". Current Opinion in Biotechnology . 9 (5): 506–9. doi :10.1016/S0958-1669(98)80037-2. PMID  9821280.
  24. ^ Rippmann JF, Klein M, Hoischen C, et al. (1 de diciembre de 1998). "Expresión procariota de anticuerpos de fragmento variable de cadena única (scFv): la secreción en células en forma de L de Proteus mirabilis conduce a un producto activo y supera las limitaciones de la expresión periplásmica en Escherichia coli". Appl. Environ. Microbiol . 64 (12): 4862–9. Bibcode :1998ApEnM..64.4862R. doi :10.1128/AEM.64.12.4862-4869.1998. PMC 90935 . PMID  9835575. 
  25. ^ Choi JH, Lee SY (junio de 2004). "Producción secretora y extracelular de proteínas recombinantes utilizando Escherichia coli". Appl. Microbiol. Biotechnol . 64 (5): 625–35. doi :10.1007/s00253-004-1559-9. PMID  14966662. S2CID  9923116.
  26. ^ Emami K, Banks P, Wu LJ, Errington J (2023). "Reutilización de fármacos con actividad específica contra bacterias en forma L". Front Microbiol . 14 : 1097413. doi : 10.3389/fmicb.2023.1097413 . PMC 10110866 . PMID  37082179. 

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