Un esferoplasto (o esferoplasto en el uso británico) es una célula microbiana de la que la pared celular se ha eliminado casi por completo, como por la acción de la penicilina o la lisozima. Según algunas definiciones, el término se usa para describir bacterias Gram-negativas . [3] [4] Según otras definiciones, el término también abarca las levaduras . [5] [6] El nombre esferoplasto se debe al 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 unsolución hipotónica . [5]
Cuando se usa para describir bacterias Gram-negativas, el término esferoplasto se refiere a células de las que se ha eliminado el componente peptidoglicano pero no el componente de la membrana externa de la pared celular. [2] [5]
Formación de esferoplasto
Esferoplastos inducidos por antibióticos
Varios antibióticos convierten las bacterias gramnegativas en esferoplastos. Estos incluyen inhibidores de la síntesis de peptidoglicanos como fosfomicina , vancomicina , moenomicina, lactivicina y los antibióticos β-lactámicos . [1] [2] Los antibióticos que inhiben las vías bioquímicas directamente aguas arriba de la síntesis de peptidoglicanos también inducen esferoplastos (por ejemplo , fosmidomicina , fosfoenolpiruvato ). [1] [2]
Además de los antibióticos anteriores, los inhibidores de la síntesis de proteínas (por ejemplo , cloranfenicol , oxitetraciclina , varios aminoglucósidos ) y los inhibidores de la síntesis de ácido fólico (por ejemplo , trimetoprim , sulfametoxazol ) también hacen que las bacterias Gram negativas formen esferoplastos. [2]
Esferoplastos inducidos por enzimas
La enzima lisozima hace que las bacterias Gram negativas formen esferoplastos, pero solo si se usa 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 un permeabilizador al unirse a iones divalentes como Ca 2+ y eliminarlos de la membrana externa. [8]
La levadura Candida albicans se puede convertir en esferoplastos utilizando las enzimas lyticasa , quitinasa y β-glucuronidasa . [9]
Usos y aplicaciones
Descubrimiento de antibióticos
Desde la década de 1960 hasta la de 1990, Merck and Co. utilizaron una pantalla de esferoplasto como método principal para el descubrimiento de antibióticos que inhiben la biosíntesis de la pared celular. En esta pantalla ideada por Eugene Dulaney, las bacterias en crecimiento fueron expuestas 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 fosfomicina, cefamicina C , tienamicina y varios carbapenémicos . [1]
Sujeción de parche
Especialmente preparado esferoplastos gigantes de Gram-negativas bacterias se pueden utilizar para estudiar la función de bacterianas canales de iones a través de una técnica llamada de patch clamp , que fue diseñado 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 tabicación (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 . A continuación, las membranas se pueden analizar en un aparato de pinza de parche para determinar el fenotipo de los canales iónicos incrustados en él. También es común sobreexpresar un canal en particular para amplificar su efecto y facilitar su caracterización.
La técnica de pinzamiento de parche 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 de E. coli gigante se puede utilizar como un sistema de expresión de canales iónicos comparable al ovocito de Xenopus . [13] [14] [15] [16]
Lisis celular
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 zymolyase, creando esferoplastos, hace que las células sean vulnerables a una fácil lisis con detergentes o cambios rápidos de presión osmolar. [9]
Transfección
Los esferoplastos bacterianos, con ADN recombinante adecuado insertado en ellos, pueden usarse 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 de Hanahan modificado utilizando cloruro de calcio en E. coli , se determinó que los esferoplastos pueden transformarse a 4.9x10 −4 . [18]
Ver también
- Plasticidad morfológica bacteriana
- Protoplasto
- Bacterias en forma de L
Referencias
- ↑ a b c d Silver, LL (2011). "Capítulo 2, enfoques racionales para el descubrimiento de antibióticos: detección pregenómica dirigida y fenotípica". En Dougherty, T .; Pucci, MJ (eds.). Descubrimiento y desarrollo de antibióticos . Estados Unidos de América: Springer. págs. 33–75. doi : 10.1007 / 978-1-4614-1400-1_2 . ISBN 978-1-4614-1400-1.
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enlaces externos
- Esferoplastos en los títulos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .