.png/1280px-Human_Salmonella_secreting_outer_membrane_vesicles_in_vivo_in_chicken_ileum_(Original_work_of_Dr_R_C_YashRoy).png)
Внешние мембранные везикулы ( OMV ) — это везикулы , высвобождаемые из внешних мембран грамотрицательных бактерий . Хотя грамположительные бактерии также высвобождают везикулы, эти везикулы попадают в более широкую категорию бактериальных мембранных везикул (MV). OMV были первыми обнаруженными MV и отличаются от наружных внутренних мембранных везикул (OIMV), которые представляют собой грамотрицательные бактериальные везикулы, содержащие части как внешней, так и внутренней бактериальной мембраны. [ 1] Внешние мембранные везикулы были впервые обнаружены и охарактеризованы с помощью трансмиссионной электронной микроскопии [2] индийскими учеными профессором Смрити Нараяном Чаттерджи и Дж. Дасом в 1966-67 годах. [3] [4] OMV приписывают функциональность, позволяющую им общаться между собой, с другими микроорганизмами в окружающей среде и с хозяином. Эти везикулы участвуют в транспортировке сигнальных биохимических веществ бактериальных клеток , которые могут включать ДНК , РНК , белки , эндотоксины и родственные молекулы вирулентности . Эта коммуникация происходит в микробных культурах в океанах, [5] внутри животных, растений и даже внутри человеческого тела. [6]
Грамотрицательные бактерии используют свою периплазму для секреции OMV для транспортировки бактериальных биохимических веществ к целевым клеткам в их среде. OMV также могут переносить эндотоксичный липополисахарид , который может способствовать патологическим процессам у их хозяина. [7] [8] Этот механизм обеспечивает ряд преимуществ, таких как доставка бактериального секреторного груза на большие расстояния с минимальной гидролитической деградацией и внеклеточным разбавлением, а также с добавлением других вспомогательных молекул (например, факторов вирулентности) для выполнения определенной работы и, тем не менее, сохранения безопасного расстояния от арсенала защиты целевых клеток. Биохимические сигналы, передаваемые OMV, могут значительно различаться в ситуациях «войны и мира». В «успокоенных» бактериальных колониях OMV могут использоваться для переноса ДНК к «родственным» микробам для генетических преобразований, а также для перемещения сигнальных молекул клеток для распознавания кворума и образования биопленки . Во время «вызова» со стороны других типов клеток OMV могут быть предпочтительны для переноса ферментов деградации и подрыва. Аналогично, OMV могут содержать больше белков вторжения на границе хозяина и патогена (рис. 1). Ожидается, что факторы окружающей среды вокруг секреторных микробов ответственны за побуждение этих бактерий синтезировать и секретировать специфически обогащенные OMV, физиологически соответствующие непосредственной задаче. Таким образом, бактериальные OMV, являющиеся сильными иммуномодуляторами , [9] могут быть использованы для их иммуногенного содержимого и в качестве эффективных вакцин без патогенов [10] для иммунизации людей и животных против угрожающих инфекций . VA-MENGOC-BC и Bexsero против менингита в настоящее время являются единственными вакцинами OMV, одобренными в США, хотя вакцина OMV против гонореи ожидает одобрения. [11] [12]
Грамотрицательные бактерии имеют двойной набор липидных бислоев . Внутренний бислой, внутренняя клеточная мембрана , охватывает цитоплазму или цитозоль . Вокруг этой внутренней клеточной мембраны находится второй бислой, называемый бактериальной наружной мембраной . Компартмент или пространство между этими двумя мембранами называется периплазмой или периплазматическим пространством . Кроме того, существует прочная клеточная стенка , состоящая из слоя пептидогликана , который окружает клеточную мембрану и занимает периплазматическое пространство. Слой пептидогликана обеспечивает некоторую жесткость для поддержания формы бактериальной клетки, а также защищает микроб от неблагоприятных условий.
Первым шагом в биогенезе грамотрицательных бактериальных OMV [13] является выпячивание внешней мембраны над слоем пептидогликана. Накопление фосфолипидов снаружи внешней мембраны, как полагают, является основой этого выпячивания внешней мембраны. [14] Это накопление фосфолипидов может регулироваться транспортной системой VacJ/Yrb ABC, которая переносит фосфолипиды с внешней стороны OM на внутреннюю сторону. [14] Кроме того, условия окружающей среды, такие как истощение серы, могут вызвать состояние перепроизводства фосфолипидов, что вызывает повышенное высвобождение OMV. [15]
Фактическое высвобождение везикулы из внешней мембраны остается неясным. Вероятно, что структуры везикул могут высвобождаться спонтанно. В качестве альтернативы было высказано предположение, что несколько белков «скрепляют» внешнюю и клеточную мембраны вместе, так что периплазматическая выпуклость выступает как «раздутый» карман раздутой периплазмы из поверхности внешней мембраны. Боковая диффузия «комплексов заклепок» может помочь в отщеплении больших выпуклостей периплазмы как OMV. [16]
Дисперсия везикул бактериальной мембраны вдоль поверхности клетки была измерена у живых Escherichia coli , комменсальных бактерий, распространенных в кишечнике человека. Лечение антибиотиками изменило динамику везикул, сродство везикул к мембране и поверхностные свойства клеточных мембран, в целом усиливая транспорт везикул вдоль поверхности бактериальных мембран и предполагая, что их свойства движения могут быть признаком антибиотикового стресса. [17] Несмотря на это первое количественное отслеживание бактериальных OMV с высоким разрешением, все еще ожидаются подробные экспериментальные работы для понимания биомеханики биогенеза и транспорта OMV. OMV также находятся в центре внимания текущих исследований экзоцитоза у прокариот посредством перемещения везикул внешней мембраны для внутривидовой, межвидовой и межцарственной клеточной сигнализации , что должно изменить наше мышление относительно вирулентности микробов, взаимодействий хозяина и патогена и взаимоотношений между различными видами в экосистеме Земли .