PILI: EGENSKAPER, TYPER OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den pili (från latinets hår, singular pilus) är förlängningar som finns på ytan av vissa bakterieceller. De är främst relaterade till den horisontella genöverföringsmekanismen som kallas konjugering, med rörelse och vidhäftning av bakterier till biotiska och abiotiska ytor.

Pili-liknande processer bör inte förväxlas med flagella eller fimbriae, eftersom de skiljer sig djupt i struktur och funktion - även om de med den senare delar funktionen av cellhäftning.

Källa: Adenosine

Historiskt perspektiv

Pili upptäcktes tack vare implementeringen av elektronmikroskopi, medan man studerade de bakteriella filamentous bilagorna. I mitten av 1950-talet visualiserades de och kallades fimbria.

Det var inte förrän på 1960-talet som Brinton introducerade termen pili, vilket uppstod skillnader mellan dessa strukturer med fimbriaen och med resten av de trånga förlängningarna.

Generella egenskaper

Även om prokaryota organismer betraktas som "enkla" - jämfört med avstamningen av eukaryoter - har de en serie egenskaper som gör dem ganska komplexa, inte bara på insidan, utan också på utsidan.

Vissa bakterier omges av en serie processer med flera funktioner, främst rörelse och utbyte av genetiskt material.

En av dessa förlängningar är pili, strukturer som liknar fint hår och som är relaterade till den horisontella överföringen av gener.

Proteinsammansättning

Pili består huvudsakligen av ett oligomeriskt protein som kallas pilin (16-20 kDa). Pilinen är anordnad på ett spiralformat sätt med varandra för att bilda en cylinderformad struktur. Detta protein kan modifiera sitt strukturella arrangemang för att delta i rörelse.

Struktur och mätningar

Vanliga pili har en genomsnittlig längd av 0,3 till 1,0 um och en diameter av 7 nm. Denna åtgärd kan dock ändras avsevärt beroende på den aktuella arten.

De distribueras på cellytan hos grampositiva och gramnegativa bakterier, men sexuell pili har endast rapporterats i en grupp gramnegativa bakterier.

Det finns andra tillägg som liknar pilis, men skiljer sig i struktur och funktion. Därför är det nödvändigt att förtydliga dessa aspekter för att undvika förvirring. Till exempel är pili mycket tunnare och mycket kortare än en flagellum.

Även om termen pili och frimbriae används synonymt av vissa författare, finns fimbriae vanligtvis i stort antal och deltar i vidhäftningsfenomenet hos mikroorganismer - vilket är relevant för att definiera den infektionsförmågan hos den aktuella cellen.

Även om de också deltar i vidhäftning, är pili i färre antal och är längre.

Genetik

De bakteriella generna som kodar för bildandet av pili kan lokaliseras på kromosomen hos organismen eller som en extrakromosomal enhet, det vill säga i en plasmid.

typer

Historiskt har pili grupperats med hänsyn till fenotypiska egenskaper såväl som antigena egenskaper. En klassificering etablerad i banbrytande studier av pili tog hänsyn till förmågan till hemagglutination med användning av pili som finns i olika stammar av E. coli.

En andra klassificering är baserad på relativa morfologiska egenskaper i tre grupper: den flexibla och tunna pili, den flexibla och tjocka och den styva.

Den sista klassificeringen föreslår två huvudkategorier: den vanliga pili och den sexuella pili. Eftersom klassificeringen huvudsakligen är baserad på funktionen i strukturen kommer vi att diskutera varje typ i detalj i nästa avsnitt.

Funktioner

Konjugation

Utbytet av genetiskt material är inte begränsat till överföring av DNA från förälder till barn. I alla livslinjer är ett fenomen som kallas horisontell genöverföring (THG för kort) utbrett, där individer av samma generationstid - som kanske eller inte är släkt - kan utbyta DNA.

I prokaryoter är en form av THG konjugering, som involverar överföring av genetiskt material från en individ till en annan och strukturen som används är den sexuella pili. Denna förlängning kommer att fungera som en "bro" där en bakterie som kallas F + kommer att ansluta till en F- och passagen av DNA kommer att inträffa.

En av kännetecknen för konjugering är att det måste finnas fysisk kontakt mellan de deltagande bakterierna. DNA som doneras tillför generellt en funktion till de mottagande bakterierna, inklusive resistens mot ett antibiotikum eller förmågan att metabolisera en förening effektivt.

Det finns ytterligare två typer av THG, nämligen: transformation och transduktion. Tillsammans med konjugering har dessa processer format utvecklingen av arvgenomen (inte bara bakterier) och tillfört en högre nivå av komplexitet till livets träd - att om vi lägger till THG-händelser är det bättre att hänvisa till ett nätverk och inte ett träd.

Förflyttning

I Pseudomonas aeruginosa-arter, Neisseria gonorrhoeae, och i mycket specifika stammar av E. coli, spelar pili en roll i rörelse.

Motiliteten hos denna bakteriegrupp inträffar enligt följande: en underenhet av proteinerna som utgör dem - pilin sträcker sig från pilusen. Sedan lyckas den här nya förlängningen komma i kontakt med en främmande cellyta och när den når den dras tillbaka och driver en rörelse i cellen.

Denna första typ av rörelse kallas sammandragningsmotilitet. Som man kan förvänta sig resulterar utförandet av detta rörelsemönster i korta, intermittenta rörelser.

Den andra typen av rörlighet kallas glidmotilitet och är karakteristisk för myxobakterier. Det har varit relaterat till förflyttningen av celler i miljöer där andelen vatten är ganska låg, till exempel jordar eller biofilmer. Emellertid är mekanismen inte särskilt väl förstått.

Andra författare skiljer sig i denna åsikt (se Zhou & Li, 2015) och föreslår att pili inte är strukturer relaterade till rörelse.

Vidhäftning och patogenicitet

Pili deltar i vidhäftningen av bakterieceller till olika ytor, både biotiska och abiotiska.

I gramnegativa bakterier är närvaron av pili (och fimbria som nämnts ovan) associerad med regleringen av mikrob-mikrob och värd-patogen-interaktioner, vilka är viktiga för utvecklingen av sjukdomar.

Observera att vidhäftningen av mikroorganismen till värdcellen är ett avgörande steg i sjukdomens tidiga stadier.

referenser

1. Clewell, DB (red.). (2013). Bakteriell konjugation. Springer Science & Business Media.
2. De Vries, FP, Cole, R., Dankert, J., Frosch, M., & Van Putten, JP (1998). Neisseria meningitidis som producerar Opc-adhesinet binder epitelcellproteoglykanreceptorer. Molekylär mikrobiologi, 27 (6), 1203-1212.
3. Llosa, M., Gomis-Rüth, FX, Coll, M., & Cruz, FDL (2002). Bakteriell konjugation: en tvåstegsmekanism för DNA-transport. Molekylär mikrobiologi, 45 (1), 1-8.
4. Schaechter, M. (red.). (2010). Desk encyklopedi av mikrobiologi. Academic Press.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, Case, CL, & Johnson, TR (2016). Mikrobiologi: en introduktion. Pearson.
6. Zhou, X., & Li, Y. (Eds.). (2015). Atlas of Oral Microbiology: Från hälsosam mikroflora till sjukdom. Academic Press.