Muchas especies de bacterias de natación tienen una estructura giratoria llamada "flagelo", que consta de más de veinte tipos diferentes de proteínas. Al girar sus filamentos flagelares y ganar propulsión, las bacterias pueden nadar libremente en el agua. La motilidad mediada por flagelos es esencial paralas bacterias se mueven en busca de mejores hábitats y se han conocido dos formas hasta la fecha: i "correr y caer" visto en bacterias peritricas como Escherichia coli, y ii "avance hacia atrás-retroceso" visto en Vibrio alginoliticusTales formas de motilidad mediada por flagelos se adoptan cuando se mueven en el agua, pero también son adoptadas por bacterias patógenas para llegar a nuestros órganos internos. Por lo tanto, son ampliamente reconocidas como factores de virulencia.
Aunque la motilidad mediada por flagelos bacterianos está estrechamente relacionada con la virulencia, también se sabe que tiene un papel importante en permitir que funcionen varios sistemas simbióticos entre animales y bacterias. Por ejemplo, los calamares no pueden emitir luz por sí mismos, por lo que incorporan Aliivibrio fischeri, una especie de bacteria bioluminiscente, para difundir su apariencia bajo la luz de la luna y evitar ser atrapados por los depredadores. La movilidad de las bacterias bioluminiscentes es esencial para que esta relación simbiótica funcione. Otro ejemplo se puede ver con los insectos de frijol, reconocidos como plagas agrícolas, que se conocenpara adquirir resistencia a los insecticidas mediante la incorporación de bacterias de la Burkholderia género. La motilidad flagelar de la bacteria juega un papel importante para que esta forma de simbiosis funcione también.
Hay un pasaje estrecho extremadamente estrecho lleno de mucosas ricas en polisacáridos entre el intestino de un insecto de frijol y su órgano simbiótico. El Dr. Kikuchi y su equipo han informado anteriormente que solo Burkholderia el simbionte con motilidad puede pasar a través de este paso restringido, mientras que la cepa mutante que carece de motilidad no puede hacerlo. Curiosamente, estudios previos han demostrado que los no simbiontes móviles como E. coli no pueden pasar a través de este paso restringido y, por lo tanto, no pueden alcanzar el órgano simbiótico. También existe un paso restringido similar en los calamares bobtail y se sabe que solo las bacterias bioluminiscentes pueden pasar selectivamente a través de él. Sin embargo, la pregunta "¿Por qué solo puedelos simbiontes pasan? "sigue sin respuesta. Al comenzar este estudio, nuestro equipo planteó la hipótesis de que" simbiótico Burkholderia los simbiontes tienen un mecanismo de movilidad único que les permite pasar a través del área restringida ".
Imagen de filamentos flagelares
Motilidad mediada por flagelos en el Burkholderia el simbionte necesita ser capturado directamente para verificar nuestra hipótesis. Sin embargo, un filamento flagelar tiene un diámetro de solo aproximadamente 20 nm una 100,000º de 2 mm y puede capturarse solo con la observación por microscopía electrónica. Al descubrir ese flagelarLos filamentos se pueden visualizar bajo un microscopio de fluorescencia cuando el cuerpo celular se trata con tintes fluorescentes, resolvimos este problema. Además, con el uso de una cámara EMCCD, considerada como el tipo de cámara más sensible del mundo, pudimospara capturar el movimiento del filamento flagelar a una velocidad de 400 fotogramas por segundo. De esta observación, encontramos que el Burkholderia el simbionte puede nadar a una velocidad de 25 m / s aproximadamente diez veces la longitud de su cuerpo girando su filamento flagelar a 150 rotaciones por segundo.
El descubrimiento de una tercera forma de motilidad mediada por flagelos
Solo formas conocidas de motilidad mostradas por otras bacterias como E. coli se ha observado con el Burkholderia simbionte en medios líquidos normales. El Dr. Yoshiaki Kinosita, miembro del grupo de investigación, creó un entorno que simula la condición interna pegajosa del paso restringido con metilcelulosa. Si bien se observaron formas de motilidad normales como en los medios de baja viscosidad, fuetambién es capaz de observar con éxito la natación de envoltura de filamentos flagelares con frecuencia bajo esta condición. Este movimiento de envoltura de flagelo no coincide con ninguna forma conocida de motilidad mediada por flagelos y puede describirse como una tercera forma de motilidad mediada por flagelos. La eficiencia de la movilidad se redujo aproximadamente a la mitady por lo tanto era más bajo que otras formas de motilidad cuando el Burkholderia el simbionte se movió a través del líquido viscoso en esta forma de motilidad como una broca.
motilidad de deslizamiento mediada por flagelos
¿Por qué el Burkholderia ¿el simbionte muestra una forma de motilidad única incluso cuando su eficiencia es baja? E. coli , un no simbionte, en la misma condición, pudimos obtener resultados interesantes. Con el paso del tiempo E. coli se unió a la superficie del vidrio, incapaz de moverse. Por el contrario, no Burkholderia se observó que las células fueron capturadas por el vidrio y no pudieron moverse. Tras una observación más cercana, el Burkholderia se capturaron simbiontes que se movían con formas de motilidad normales, pero luego envolvieron sus flagelos y se liberaron, pudiendo moverse libremente alrededor de la superficie del vidrio. Además, mediante el uso de un microscopio de fluorescencia de reflexión interna total, que permite la observación de alta resolución dentro de la vecindadde la superficie del vidrio, pudimos demostrar que existe un contacto entre el filamento flagelar y la superficie del vidrio cuando se muestra una motilidad similar al deslizamiento. Teniendo en cuenta que la superficie del vidrio es desigual, se puede suponer que el filamento flagelar envuelto alrededor de la célulaEl cuerpo encaja perfectamente en las ranuras de la superficie, gira y genera propulsión, lo que permite una motilidad efectiva en superficies sólidas. Por lo tanto, esta tercera forma de motilidad podría describirse como esencial para moverse con eficacia en las superficies de la matriz extracelular.
Visualización del movimiento de envoltura de flagelo en bacterias simbióticas de calamar
¿Es el movimiento de envoltura de flagelo exclusivo de la Burkholderia ¿simbiontes simbiontes? Para abordar esta pregunta, miramos A. Fischeri , un simbionte de calamares bobtail. Al igual que las chinches, los calamares bobtail tienen un mecanismo para incorporar selectivamente bacterias simbióticas, y solo móviles A. Fischeri se sabe que pueden llegar a los órganos simbióticos. Cuándo A. Fischeri fueron tratados con colorantes fluorescentes y observados de la misma manera que el Burkholderia simbionte, encontramos que A. Fischeri también nade envolviendo sus filamentos flagelares alrededor de sus cuerpos. Esto implica la posibilidad de que la tercera forma recién descubierta de motilidad mediada por flagelos sea adoptada en muchas especies diferentes de bacterias simbióticas.
Este estudio reveló que la transición de las formas normales de motilidad a la motilidad del envoltorio de filamentos flagelares se logra invirtiendo la dirección de rotación del flagelo de izquierda a derecha. Sin embargo, este cambio en la dirección de rotación también se puede ver en E. coli y otras especies de bacterias que no muestran envoltura de flagelo. Por lo tanto, la transición a la tercera forma de motilidad no puede explicarse solo por el cambio en la dirección de rotación. En la siguiente etapa, abordaremos este problema a través del análisis estructural de las proteínas necesariaspara desencadenar la tercera forma de motilidad flagelar y análisis exhaustivo de genes. Además, analizaremos la motilidad mediada por flagelos dentro del cuerpo del huésped y veremos si el cambio de forma de natación / deslizamiento se lleva a cabo en un área específica dentro del intestino del frijol.si la forma normal de motilidad o la forma de envoltura del flagelo es más eficiente cuando se mueve dentro del pasaje restringido. Al revelar completamente la relación entre la simbiosis y las diversas formas de motilidad mostradas por las bacterias a nivel genético según nuestros estudios, se espera queEl desarrollo de nuevos insecticidas que previenen la infección y la colonización de simbiontes seguirá.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Gakushuin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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