Un esferoplasto (o sphaeroplast en el uso británico) es una célula microbiana de la cual se ha eliminado casi por completo la pared celular , por ejemplo, por la acción de la penicilina o la lisozima. Según algunas definiciones, el término se utiliza para describir bacterias Gram-negativas . [3] [4] Según otras definiciones, el término también abarca las levaduras . [5] [6] El nombre esferoplasto se deriva del hecho de que después de que se digiere la pared celular del microbio, la tensión de la membrana hace que la célula adquiera una forma esférica característica. [4] Los esferoplastos son osmóticamente frágiles y se lisarán si se transfieren a una solución hipotónica . [5]
Cuando se utiliza para describir bacterias Gram negativas, el término esferoplasto se refiere a células de las cuales se ha eliminado el componente de peptidoglicano pero no el componente de membrana externa de la pared celular. [2] [5]
Diversos antibióticos convierten las bacterias gramnegativas en esferoplastos. Entre ellos se encuentran los inhibidores de la síntesis de peptidoglicano, como la fosfomicina , la vancomicina , la moenomicina, la lactivicina y los antibióticos β-lactámicos . [1] [2] Los antibióticos que inhiben las vías bioquímicas directamente antes de la síntesis de peptidoglicano también inducen esferoplastos (por ejemplo, fosmidomicina , fosfoenolpiruvato ). [1] [2]
Además de los antibióticos mencionados anteriormente, los inhibidores de la síntesis de proteínas (por ejemplo, cloranfenicol , oxitetraciclina , varios aminoglucósidos ) y los inhibidores de la síntesis de ácido fólico (por ejemplo, trimetoprima , sulfametoxazol ) también hacen que las bacterias gramnegativas formen esferoplastos. [2]
La enzima lisozima hace que las bacterias Gram negativas formen esferoplastos, pero sólo si se utiliza un permeabilizador de membrana como lactoferrina o etilendiaminotetraacetato (EDTA) para facilitar el paso de la enzima a través de la membrana externa . [2] [7] El EDTA actúa como permeabilizador al unirse a iones divalentes como Ca 2+ y eliminarlos de la membrana externa. [8]
La levadura Candida albicans puede convertirse en esferoplastos utilizando las enzimas liticasa , quitinasa y β-glucuronidasa . [9]
Desde la década de 1960 hasta la de 1990, Merck and Co. utilizó un cribado de esferoplastos como método principal para el descubrimiento de antibióticos que inhiben la biosíntesis de la pared celular. En este cribado ideado por Eugene Dulaney, las bacterias en crecimiento se expusieron a sustancias de prueba en condiciones hipertónicas. Los inhibidores de la síntesis de la pared celular hicieron que las bacterias en crecimiento formaran esferoplastos. Este cribado permitió el descubrimiento de la fosfomicina, la cefamicina C , la tienamicina y varios carbapenémicos . [1]
Los esferoplastos gigantes especialmente preparados de bacterias Gram-negativas se pueden utilizar para estudiar la función de los canales iónicos bacterianos a través de una técnica llamada patch clamp , que fue diseñada originalmente para caracterizar el comportamiento de las neuronas y otras células excitables. Para preparar esferoplastos gigantes, las bacterias se tratan con un inhibidor de la septación (por ejemplo, cefalexina ). Esto hace que las bacterias formen filamentos , células alargadas que carecen de paredes transversales internas. [10] Después de un período de tiempo, las paredes celulares de los filamentos se digieren y las bacterias colapsan en esferas muy grandes rodeadas solo por sus membranas citoplasmáticas y externas . Luego, las membranas se pueden analizar en un aparato de patch clamp para determinar el fenotipo de los canales iónicos incrustados en ellas. También es común sobreexpresar un canal en particular para amplificar su efecto y facilitar su caracterización.
La técnica de fijación de parches de esferoplastos gigantes de E. coli se ha utilizado para estudiar los canales mecanosensibles nativos (MscL, MscS y MscM) de E. coli . [11] [12] Se ha ampliado para estudiar otros canales iónicos expresados de forma heteróloga y se ha demostrado que el esferoplasto gigante de E. coli se puede utilizar como un sistema de expresión de canales iónicos comparable al ovocito de Xenopus . [13] [14] [15] [16]
Las células de levadura normalmente están protegidas por una pared celular gruesa que dificulta la extracción de proteínas celulares. [ cita requerida ] La digestión enzimática de la pared celular con zimoliasa, que crea esferoplastos, hace que las células sean vulnerables a una fácil lisis con detergentes o cambios rápidos de presión osmolar. [9]
Los esferoplastos bacterianos, con el ADN recombinante adecuado insertado en ellos, se pueden utilizar para transfectar células animales. Los esferoplastos con ADN recombinante se introducen en el medio que contiene células animales y se fusionan con polietilenglicol (PEG). Con este método, casi el 100% de las células animales pueden absorber el ADN extraño. [17] Al realizar experimentos siguiendo un protocolo Hanahan modificado utilizando cloruro de calcio en E. coli , se determinó que los esferoplastos pueden ser capaces de transformarse a 4,9x10 −4 . [18]