Loading article…
スフェロプラスト（英訳ではスフェロプラスト）は、ペニシリンやリゾチームの作用などにより細胞壁がほぼ完全に除去された微生物細胞である。いくつかの定義によれば、この用語はグラム陰性細菌を表すのに用いられる。[3] [4]他の定義によれば、この用語には酵母も含まれる。[5] [6]スフェロプラストという名前は、微生物の細胞壁が消化された後、膜張力により細胞が特徴的な球形になることに由来する。[4]スフェロプラストは浸透圧的に脆弱であり、低張液に移すと溶解する。[5]
グラム陰性細菌を説明する際に使用されるスフェロプラストという用語は、細胞壁の外膜成分ではなくペプチドグリカン成分が除去された細胞を指します。[2] [5]
スフェロプラスト形成
抗生物質誘発スフェロプラスト
様々な抗生物質がグラム陰性細菌をスフェロプラストに変換します。これらには、ホスホマイシン、バンコマイシン、モエノマイシン、ラクチビシンなどのペプチドグリカン合成阻害剤や、β-ラクタム系抗生物質が含まれます。[1] [2]ペプチドグリカン合成の直接上流の生化学的経路 を阻害する抗生物質もスフェロプラストを誘導します（例：ホスミドマイシン、ホスホエノールピルビン酸）。[1] [2]
上記の抗生物質に加えて、タンパク質合成阻害剤（例：クロラムフェニコール、オキシテトラサイクリン、いくつかのアミノグリコシド）および葉酸合成阻害剤（例：トリメトプリム、スルファメトキサゾール）もグラム陰性細菌にスフェロプラストの形成を引き起こす。[2]
酵素誘導スフェロプラスト
リゾチーム酵素はグラム陰性細菌にスフェロプラストを形成させるが、これはラクトフェリンやエチレンジアミン四酢酸（EDTA）などの膜透過剤を使用して酵素が外膜を通過しやすくした場合に限られる。[2] [7] EDTAはCa 2+などの二価イオンに結合し、それらを外膜から除去することで透過剤として作用する。[8]
酵母カンジダ・アルビカンスは、リチカーゼ、キチナーゼ、β-グルクロニダーゼなどの酵素を使ってスフェロプラストに変換することができます。[9]
用途と応用
抗生物質の発見
1960年代から1990年代にかけて、メルク社は細胞壁の生合成を阻害する抗生物質を発見するための主な方法としてスフェロプラストスクリーンを使用していました。ユージン・デュラニーが考案したこのスクリーンでは、増殖中の細菌を高張条件下で試験物質にさらしました。細胞壁合成阻害剤により、増殖中の細菌はスフェロプラストを形成しました。このスクリーンにより、ホスホマイシン、セファマイシンC、チエナマイシン、およびいくつかのカルバペネムが発見されました。[1]
パッチクランプ
グラム陰性 細菌の特別に調製された巨大なスフェロプラストは、パッチクランプと呼ばれる技術を通じて細菌のイオンチャネルの機能の研究に使用できます。パッチクランプは、もともとニューロンやその他の興奮性細胞の挙動を特徴付けるために設計されました。巨大スフェロプラストを調製するには、細菌を隔壁阻害剤（例：セファレキシン）で処理します。これにより、細菌はフィラメント、つまり内部の交差壁のない細長い細胞を形成します。[10]しばらくすると、フィラメントの細胞壁が消化され、細菌は細胞質膜と外膜だけに囲まれた非常に大きな球体に崩壊します。次に、膜をパッチクランプ装置で分析して、そこに埋め込まれたイオンチャネルの表現型を決定できます。特定のチャネルを過剰発現させてその効果を増幅し、特徴付けを容易にすること も一般的です。
パッチクランプ法による大腸菌スフェロプラストの技術は、大腸菌の本来の機械感受性チャネル（MscL、MscS、MscM）の研究に使用されてきた。[11] [12]この技術は他の異種発現イオンチャネル の研究にも応用され、大腸菌スフェロプラストはアフリカツメガエル卵母細胞に匹敵するイオンチャネル発現システムとして使用できることが示された。[13] [14] [15] [16]
細胞溶解
酵母細胞は通常、厚い細胞壁で保護されており、細胞タンパク質の抽出が困難です。[要出典]細胞壁を酵素分解酵素で消化してスフェロプラストを形成すると、細胞は洗剤や急激な浸透圧の変化 によって容易に溶解しやすくなります。 [9]
トランスフェクション
適切な組み換え DNAが挿入された細菌スフェロプラストは、動物細胞への形質転換に使用できます。組み換え DNA を含むスフェロプラストを動物細胞を含む培地に導入し、ポリエチレングリコール(PEG) で融合します。この方法では、ほぼ 100% の動物細胞が外来 DNA を取り込むことができます。[17]大腸菌で塩化カルシウムを使用して修正ハナハンプロトコルに従って実験を行ったところ、スフェロプラストは 4.9 x 10 −4で形質転換できる可能性があることが判明しました。[18]
参照
参考文献
- ^ abcd Silver, LL (2011). 「抗菌薬発見への合理的アプローチ: プレゲノム指向および表現型スクリーニング」 Dougherty, T.; Pucci, MJ (編) 『抗生物質の発見と開発』 アメリカ合衆国: Springer. pp. 33–75. doi :10.1007/978-1-4614-1400-1_2. ISBN 978-1-4614-1400-1。
- ^ abcdef Cushnie, TP; O'Driscoll, NH; Lamb, AJ (2016). 「抗菌作用機序の指標としての細菌細胞の形態学的および超微細構造的変化」.細胞および分子生命科学. 73 (23): 4471–4492. doi :10.1007/s00018-016-2302-2. hdl : 10059/2129 . PMC 11108400. PMID 27392605. S2CID 2065821 .
- ^ 「Spheroplast」www.dictionary.com . Dictionary.com. 2019年. 2019年7月21日閲覧。
- ^ ab "Spheroplast". ahdictionary.com . The American Heritage Dictionary of the English Language. 2019年. 2019年7月21日閲覧。
- ^ abc 「プロトプラストとスフェロプラスト」www.encyclopedia.com . Encyclopedia.com. 2016年. 2019年7月21日閲覧。
- ^ 「スフェロプラストの定義」www.merriam-webster.com . Merriam-Webster. 2019年. 2019年7月21日閲覧。
- ^ Tortora, G.; Funke, B.; Case, C. (2016). 「第4章 原核細胞と真核細胞の機能解剖学」。微生物学入門（第12版）。アメリカ合衆国：ピアソン。p. 84。ISBN 978-0-321-92915-0。
- ^ Ninfa, AJ; Ballou, DP; Benore, M. (2009).生化学とバイオテクノロジーのための基礎実験アプローチ（第2版）. アメリカ合衆国: John Wiley & Sons, Inc. p. 234. ISBN 978-0-470-08766-4。
- ^ ab Calvert, CM; Sanders, D. (1995). 「Candida albicans の液胞膜におけるイノシトールトリスリン酸依存性および非依存性 Ca2+ 動員経路」The Journal of Biological Chemistry . 270 (13): 7272–80. doi : 10.1074/jbc.270.13.7272 . PMID 7706267.
- ^ 菊池 功; 杉浦 正之; 西沢-原田 千恵; 木村 剛 (2015). 「自動平面パッチクランプシステムによる薬剤スクリーニングへの大腸菌巨大スフェロプラストの応用」バイオテクノロジーレポート. 7 : 17–23. doi :10.1016/j.btre.2015.04.007. PMC 5466043. PMID 28626710 .
- ^ Martinac, B.; Buechner, M.; Delcour, AH; Adler, J.; Kung, C. (1987). 「大腸菌の圧力感受性イオンチャネル」。米国科学アカデミー紀要。84 ( 8): 2297–2301。Bibcode :1987PNAS...84.2297M。doi : 10.1073 / pnas.84.8.2297。PMC 304637。PMID 2436228。
- ^ Blount, P.; Sukharev, SI; Moe, PC; Kung, C. (1999). 「細菌の機械感受性チャネル」。イオンチャネルパートC。酵素学の方法。第294巻。pp. 458–482。doi : 10.1016 / s0076-6879(99)94027-2。ISBN 978-0-12-182195-1. PMID 9916243。
- ^ Santos, JS; Lundby, A.; Zazueta, C.; Montal, M. (2006). 「新規 K+ チャネルの電圧センサー用分子テンプレート。I. リステリア菌由来の電圧依存性 K+ チャネル KvLm の同定と機能特性」。Journal of General Physiology . 128 (3): 283–292. doi :10.1085/jgp.200609572. PMC 2151562. PMID 16908725 .
- ^ Nakayama, Y.; Fujiu, K.; Sokabe, M.; Yoshimura, K. (2007). 「クラミドモナスの葉緑体で発現する機械感受性チャネルの分子および電気生理学的特性」。米国科学 アカデミー紀要。104 (14): 5883–5888。Bibcode : 2007PNAS..104.5883N。doi : 10.1073 / pnas.0609996104。PMC 1851586。PMID 17389370。
- ^ Kuo, MM-C.; Baker, KA; Wong, L.; Choe, S. (2007). 「細胞質RCKドメインの動的オリゴマー変換がMthKカリウムチャネル活性を媒介する」。米国 科学アカデミー紀要。104 ( 7): 2151–2156。Bibcode :2007PNAS..104.2151K。doi : 10.1073 / pnas.0609085104。PMC 1892972。PMID 17287352。
- ^ Kuo, MM-C.; Saimi, Y.; Kung, C.; Choe, S. (2007). 「大腸菌を宿主とした原核生物環状ヌクレオチド依存性K+チャネルのパッチクランプ法と表現型解析」Journal of Biological Chemistry . 282 (33): 24294–24301. doi : 10.1074/jbc.M703618200 . PMC 3521034 . PMID 17588940.
- ^ Gietz, RD; Woods, RA (2001). 「酵母の遺伝子形質転換」. BioTechniques . 30 (4): 816–820, 822–826, 828. doi : 10.2144/01304rv02 . PMID 11314265.
- ^ Liu, I.; Liu, M.; Shergill, K. (2006). 「大腸菌 DH5α におけるスフェロプラスト形成による形質転換効率への影響」(PDF) . Journal of Experimental Microbiology and Immunology . 9 : 81–85.
外部リンク
- 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)のスフェロプラスト