Введение

Тип роста бактерий

Филаментация – это аномальный рост определенных бактерий, таких как Escherichia coli, при котором клетки продолжают удлиняться, но не делятся (не образуются перегородки). Клетки, образующиеся в результате удлинения без деления, содержат множественные копии хромосом. Увеличение длины клеток может защищать бактерии от поедания протозоами и фагоцитоза нейтрофилами, затрудняя захват клеток. Считается, что филаментация также защищает бактерии от антибиотиков и связана с другими аспектами бактериальной вирулентности, такими как образование биопленки. Количество и длина филаментов в бактериальной популяции увеличиваются при воздействии различных физических, химических и биологических факторов (например, ультрафиолетового излучения, антибиотиков, ингибирующих синтез ДНК, бактериофагов). Это явление называется условной филаментацией.

Филаментация, вызванная антибиотиками

Некоторые ингибиторы синтеза пептидогликана (например, цефуроксим, цефтазидим) индуцируют филаментацию, ингибируя белки, связывающие пенициллин (PBP), ответственные за сшивание пептидогликана в септальной стенке (например, PBP3 у *E. coli* и *P. aeruginosa*). Поскольку PBP, ответственные за синтез боковой стенки, относительно нечувствительны к цефуроксиму и цефтазидиму, удлинение клеток происходит без деления и наблюдается филаментация. Антибиотики, ингибирующие синтез ДНК и повреждающие ДНК (например, метронидазол, митомицин С, фторхинолоны, новобиоцин), индуцируют филаментацию посредством SOS-ответа. SOS-ответ подавляет формирование септы до тех пор, пока ДНК не будет восстановлена, и эта задержка предотвращает передачу поврежденной ДНК потомству. Бактерии ингибируют септацию, синтезируя белок SulA, ингибитор FtsZ, который останавливает формирование Z-кольца, тем самым блокируя набор и активацию PBP3. Если бактерии лишены нуклеотидного основания тимина при обработке ингибиторами синтеза фолиевой кислоты (например, триметопримом), это также нарушает синтез ДНК и индуцирует филаментацию, опосредованную SOS-ответом. Прямое препятствование формированию Z-кольца SulA и другими ингибиторами FtsZ (например, берберином) также вызывает филаментацию. Некоторые ингибиторы синтеза белка (например, канамицин), ингибиторы синтеза РНК (например, бицикломицин) и препараты, разрушающие мембраны (например, даптомицин, полимиксин В) также вызывают филаментацию, но эти филаменты значительно короче, чем те, которые индуцируются вышеупомянутыми антибиотиками. Низкая доступность воды, высокая осмолярность, экстремальные значения pH и воздействие УФ-излучения также могут вызывать филаментацию. УФ-излучение повреждает ДНК бактерий и индуцирует филаментацию посредством SOS-ответа. Голодание также может вызывать филаментацию бактерий.

Филаментация, вызванная питательными веществами

Несколько макроэлементов и биомолекул могут вызывать удлинение бактериальных клеток, включая аминокислоты глутамин, пролин и аргинин, а также некоторые аминокислоты с разветвленной цепью. Определенные виды бактерий, такие как Paraburkholderia elongata, также удлиняются в результате склонности к накоплению фосфата в форме полифосфата, который способен хелатировать металлические кофакторы, необходимые белкам, участвующим в делении.

Внутренняя дисбиоза, вызванная филаментацией

Филаментация может также быть индуцирована другими путями, влияющими на синтез тимидилата. Например, частичная потеря активности дигидрофолатредуктазы (DHFR) вызывает обратимую филаментацию. DHFR играет критическую роль в регуляции количества тетрагидрофолата, который необходим для синтеза пуринов и тимидилата. Активность DHFR может быть подавлена мутациями или высокими концентрациями антибиотика триметоприма (см. выше раздел об индукции филаментации антибиотиками). Перенаселение периплазмы или внешней мембраны также может индуцировать филаментацию у грамотрицательных бактерий, нарушая нормальную функцию дивизомы.

Филаментация и биотические взаимодействия

Было сообщено о нескольких примерах филаментации, возникающих в результате биотических взаимодействий между бактериями и другими организмами или инфекционными агентами. Нитевидные клетки устойчивы к поглощению бактериофагами, а условия окружающей среды, создаваемые в процессе поедания, могут спровоцировать филаментацию. Филаментация также может быть индуцирована сигнальными молекулами, производимыми другими бактериями. Кроме того, виды Agrobacterium образуют нити вблизи корней растений, а E. coli формирует нити при воздействии растительных экстрактов. Наконец, инфекция бактериофагами может приводить к филаментации посредством экспрессии белков, ингибирующих сборку дивизомы.