Legionellabakteerin vaipan rakenteesta (Envelope)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3129009/
Löysin tämän artikkelin Google hakulaiteella ja siinä on vuodelta 2011  kuvausta vaipan rakenteesta.
Otan sitaatin netistä.

LÄHDE:  Front Microbiol. 2011; 2: 74.

Published online 2011 Apr 25. Prepublished online 2011 Feb 14. doi:  10.3389/fmicb.2011.00074

PMCID: PMC3129009

PMID: 21747794

Virulence Properties of the Legionella Pneumophila Cell Envelope

Olga Shevchuk,^1,† Jens Jäger,^1,† and Michael Steinert

Tiivistelmästä suomennosta

Bakteerin vaippa  on ratkaisevassa osassa infektiotautioen patogeneesissä. Tässä katsauksessa on yhteenvetoa nykyisestä (2011) tiedosta  legionella pneumophila soluvaipan rakenteesta ja molekulaarisesta koostumuksesta. Käsitellään lipopolysakkaridien (LPS) synteesiä  kalvon ja periplasmisten proteiinien  biologisia aktiivisuuksia ja niiden ratkaisevia funktioita patogeenin ja sen isännän välisessä vuorovaikutuksessa. Bakteerin kiinnittymisen (adheesio) , invasoitumisen ja solun sisällä elossapysymisen lisäksi kiinnitetään erityishuomiota raudanhankintaan, detoksikaatioon, immuunivasteen  avainasemassa oleviin esiinsaajiin ja ulomman rakkulakalvon  erilaisiin  funktioihin. Kirjallisuuden kriittisestä analysoinnista käy ilmi, että  legionellasolupinnan dynamiikka ja fenotyyppinen  plastisuus  erilaisten metabolisten  vaiheiden aikana  vaatii tulevina aikoina  enemmän huomionkiinnittämistä.  Avainsanoja: Legionella pneumophila,bakteerivaippa, fosfolipidit, kalvoproteiinit, LPS, ulkokalvo rakkulat.

•  Abstract The bacterial envelope plays a crucial role in the pathogenesis of infectious diseases. In this review, we summarize the current knowledge of the structure and molecular composition of the Legionella pneumophila cell envelope. We describe lipopolysaccharides biosynthesis and the biological activities of membrane and periplasmic proteins and discuss their decisive functions during the pathogen–host interaction. In addition to adherence, invasion, and intracellular survival of L. pneumophila, special emphasis is laid on iron acquisition, detoxification, key elicitors of the immune response and the diverse functions of outer membrane vesicles. The critical analysis of the literature reveals that the dynamics and phenotypic plasticity of the Legionella cell surface during the different metabolic stages require more attention in the future. Keywords: Legionella pneumophila, bacterial envelope, phospholipids, membrane proteins, LPS, outer membrane vesicles.

 Bakteerisolukalvolla on useita perusfunktioita.  Ne suojaavat bakteeria ympäristön aiheuttamilta  vaaroilta. Ne sallivat ravintoaineiden  selektiivisen sisäänpäsyn ja spesifisen jätetuotteiden uloskuljetuksen sekä  eritysjärjestelmän tuotesubstraattien ulospääsyn solusta. Lisäksi ne välittävät suoraa kontaktia muihin organismeihin.  Tämä pitää paikkansa varsinkin patogeenisiin bakteereihin, joiden  usein hyvin spesifiset interaktiot  isäntäorganismin kanssa riippuvat suurelta osalta juuri niiden  pintarakenteista.  Niinpä  Legionella pneumophilan,  fakultatiivisen Gram-negatiivisen intrasellulaarisen  bakteerin kyky aiheuttaa legionalaistautia  on lähinnä  sen soluvaipan kmponenttien ja  ominaisuuksien varqassa. 

Gram-negatiivisten bakteereiden sytoplasmaa (CP)  rajoittaa sisäkalvo (IM). Se on kahden fosfolipidikerroksen muodostama ja siinä on integoituneita ja perifeerisiä  proteiineja ja lipoproteiineja. Se omaa metabolisia entsyymejä, hengitysketjun komponentteja  ja osia koneistosta, joka hankkii rautaa. (Kuva 11) 

• Bacterial cell envelopes fulfill several basic functions: They protect the bacterium from environmental hazards, they allow a selective passage of nutrients into and a specific export of waste products and secretion system substrates out of the cell. Additionally, they mediate the direct contact with other organisms. This holds particularly true for pathogenic bacteria, whose often highly specific interactions with host organisms depend largely on their surface structures. Accordingly, the ability of the Gram-negative facultative intracellular bacterium Legionella pneumophila to cause Legionnaires’ disease hinges predominantly on the components and characteristics of its cell envelope.The cytoplasm of Gram-negative bacteria is bordered by the inner membrane. It consists of a bilayer of two phospholipid leaflets with integral and peripheral proteins and lipoproteins. It harbors metabolic enzymes, components of the respiratory chain and parts of the iron acquisition machinery (Figure ​(Figure11).

Kuvassa  on seuraavia  symboleja ja lyhennyksiä:

PAL = peptidoglykaaniin liittynyt lipoprteiini

FeoB=  raudan kuljetuskohta

PlaB = Fosfolipaasi A/lysofosfolipaasi A.

MOMP=  pääasiallinen ulomman kalvon proteiini .

OM = outer membrane, ulompi kalvo; ( ulompi lipidikaksoiskalvo)

IM = inner membrane, sisempi kalvo ( Sisempi lipidikaksoiskalvo) 

Mip =  makrofagi-infektiivisyyden vahvasitaja 

PP = periplasmisia proteiineja

...

Periplasma (PP)   sisältää suhteellisen ohuen keroksen peptidoglykaania  ja eri proteiineja. Legionellan peptidoglykaani on vahvasti ristikkäin linkkiytynyttä. Periplasmaan sijoittautuu  monet detoksikoivat entsyymit, jotka pystyvät  tekemään vaarattomaksi  ja hajoittamaan miljöön haitalliset aineet. Legionellan  eritekoneistot, jotka  läpäisevät  kaksi kalvoa, ulottuvat  periplasmisen tilan läpi.

• The periplasm contains a relatively thin layer of peptidoglycan and different proteins. Legionella peptidoglycan is strongly crosslinked (Amano and Williams, 1983). The periplasm is the location of many detoxifying enzymes which degrade harmful substances from the environment. Secretion machineries which cross two membranes also go through the periplasmic space.

 Ulkokalvo on asymmetrinen ja sen sisempi lehti on lähinnä fosfolipideistä ja ulompi lehti lähinnä lipopolysakakrideista (LPS). Siihen asettuu  proteiineja, joilla on  erilaisia virulenssifunktioita kuten adheesio ( kiinnittyminen)  ja  isäntäsolun  sisään ottaminen. Legionellan LPS omaa  ainutlatuisen  arkkitehtuurin, erityisesti mitä tulee  hydrofobiseen O-antigeeniin.

• The outer membrane is asymmetric with an inner leaflet of mostly phospholipids and an outer leaflet of mostly lipopolysaccharides (LPS). It harbors proteins with diverse functions in virulence such as adhesion and uptake into host cells. Legionella LPS has a unique architecture, particularly concerning the hydrophobic O-antigen.

 Tietyntyyppiset  pinnan lisukkeet kuten karvat( pili)   ja siimat ( flagella) , joita  baktgeerin motiliteettiin ja patogeenisyyteen  vaaditaan, ankkuroituvat sisäkalvoon ja tunkevat esiin  solunulkoiseen tilavuuteen.

•  Certain types of surface appendages such as pili and flagella, which are required for bacterial motility and pathogenicity, are anchored in the inner membrane and protrude into the extracellular space (Liles et al., 1998; Stone and Abu Kwaik, 1998; Heuner and Steinert, 2003).

Ulkokalvon komponenttien virulenssiominaisuudet ovat erityisen tärkeitä ulkokalvoperäisissä rakkuloiissa (OMV). Kuten useimmat bakteerit niin Legionellakin  lehteilee näitä OMV-rakkuloita ulkopinnaltaan (OM).  Ulkopintarakkulat ovat pallomaisia ja omaavat (yhden) lipidikaksoiskerroksen ja ulkokerrokselle (OM)  ominaisia komponetteja ja periplasmisia proteiineja.

• Virulence properties of outer membrane components are particularly important in regard to outer membrane vesicles (OMVs). Like most bacteria, L. pneumophila sheds these vesicles from its outer membrane. OMVs are spherical lipid bilayers and contain outer membrane components and periplasmic proteins.

 L. pneumophila-soluvaipan aktuelli rakenne tutkittiin yksityiskohtaisesti elektronimikroskoopilla (Rodgers et Davey, 1982) pian sen jälkeen, kun bakteeri oli keksitty. Eri menetelmin saatiin visualisoitua  kummatkin kalvot (OM, IM)  sekä peptidoglykaanikerros  ja saatiin elävä kuva kaikista komponenteista, joita nykyään analysoidaan lähinnä biokemiallisesti.  Nämä tutkijat  olivat myös ensimmäisiä osoittamassa  L. pneumophilan OMV- rakkuloiden olemassaolon, vaikka niitä  nimitettiin kupliksi,  "blebs" ja ne selitettiin kondensoituneiksi  karvoihin liittyviksi proteiineiksi tai satunnaisiksi ulkokalvoperäisiksi rakenneproteiineiksi.

• The actual structure of the L. pneumophila cell envelope was assessed in detail by electron microscopy shortly after the discovery of the bacterium (Rodgers and Davey, 1982). Both membranes and the peptidoglycan layer were visualized by different methods, resulting in vivid images of the components that are, nowadays, analyzed mostly biochemically. The authors are also the first to show the existence of OMVs of L. pneumophila, even though they are termed “blebs” and explained as “condensed pili-related proteins or random structural proteins of the outer membranes.” 

L. pneumophila-morfologian laajan tutkimusken suorittivat Faulkner et Garduno( 2002) . He tekivät hypoteesin useiden moforlogisten varianttein olemassaolosta, ja nisitä jokainen vastasi infektiosyklin  tiettyä kasvufaasia tai  kehitysastetta. Mielenkiintoinen seikka oli, että esitettiin  viisi erilaista vaipparakennetta ja ne vaihtelivat  paksuuden, kalvokerrosluvun ja yksittäisten komponenttien  elektronitiheyden suhteen. Koska  joitakin morfologisia variantteja ilmeni vain intrasellulaarisen kasvun aikana, tutkijat olettivat  näiden varianttein kehityksen riippuvan isäntäsolun metaboliiteista.  Tämä huomio voi selittää sellaisten muotojen puuttuman  nestemäisessä väliaineessa tapahtuvan extrasellulaarisen kasvun aikana. Vielä tarvitsee selityksensä  näyteitten valmistusprosessin vaikutus  näyteissä muodostuviin artefaktoihin.

• An extensive study of L. pneumophila morphology including envelope architecture was performed by Faulkner and Garduño (2002). They hypothesize the existence of several morphological variants, each corresponding to a certain growth phase or stage of the infection cycle. Interestingly, five different envelope structures are presented which vary in thickness, number of membrane layers, and electron density of individual components. As some of the morphological variants only occurred during intracellular growth, the authors propose that the development of these variants depends on host metabolites. This notion can explain the absence of these forms during extracellular growth in liquid media. The impact of processing artifacts arising during the preparation of the samples, however, remains to be clarified.

 (Tämän artikkelin piiriin ei oteta  muualla tarkoin selvitettyjä  monia sekreetiojärjestelmiä ja ulkokalvon proteiineja, joilla on merkitystä virulenssissa. Tähän    kuuluu T1SS ja kaksois arginiinin translokaatio (Tat) eritys (Lammertyn et Anne, 2004), T2SS (Cianciotto,2009), T4SS ja näihin kuuluvat  vastaavat translokoituneet effektorit ( (Ninio et Roy, 2007). Lopuksi:  erittyneet fosfolipaasit (Pla)  yhdistävät Legionella virulenssin isäntä-lipideihin (Banerji et al. 2008) . Vähemmän huomiota on annettu niille  muille Legionella soluvaipan komponetteille, jotka eivät kuulu edellämainittuihin komplekseihin. Tämä katsaus keskiittyy nihin  kalvokomponentteihin ja miten ne modifioivat  Legionellan virulenssin ominaisuuksia.

•  Many secretion systems and outer membrane proteins with roles in virulence have been excellently reviewed elsewhere and are not within the focus of this work. This includes T1SS and twin-arginine translocation (Tat) secretion (Lammertyn and Anne, 2004), T2SS (Cianciotto, 2009), T4SS as well as their respective translocated effectors (Ninio and Roy, 2007). Finally, secreted phospholipases connect Legionella virulence to host lipids (Banerji et al., 2008). Less attention was paid to other components of the Legionella cell envelope which are not part of the aforementioned complexes. This review concentrates on these envelope components and how they mediate Legionella virulence properties.

L.pneumophilan sisäkalvo(IM. Alkaen  sisältä ulospäin ensimmäinen kerros sisäkalvoa(IM) on myös sytoplasminen kalvo tqai plasmakalvo nimeltään. Se on lipidikaksoiskerros ja siihen on integroitunut usean systeemin komponetteja, kuten rataa ottava koenisto, hengitysketju ja detoksikaatiojärjestelmä.

•  The Inner Membrane of L. Pneumophila
  Starting from the inside and proceeding outward, the first layer is the inner membrane, also termed cytoplasmic or plasma membrane. It is a lipid bilayer with integrated components of various systems, including the iron uptake machinery, the respiratory chain, and the detoxification system (Table ​(Table11).

  Protein	Molecular function	Role in infection/required for	Reference
  FeoB	GTP-dependent Fe(II) transporter	Macrophage killing, full virulence in mouse	Petermann et al. (2010), Robey and Cianciotto (2002)
  IraA/IraB	Small-molecule methyl transferase/ peptide transporter	Iron uptake, infection of human macrophages, and guinea pigs	Viswanathan et al. (2000)
  Multi-copper oxidase	Potential oxidation of ferrous iron	Extracellular replication	Huston et al. (2008)
  LadC	Putative adenylate cyclase	Adhesion to macrophages, intracellular replication, putative modification of protein functions via cAMP	Newton et al. (2008)
  TatB	T2S, additional function(s)	Intracellular replication in human macrophages, growth under iron-limiting conditions, cytochrome c-dependent respiration, export of PLC activity to supernatant