ПИЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДЫ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Фимбрии (от латинских волос, единственные число пилей) являются расширениями, которые расположены на поверхности некоторых бактериальных клеток. В основном они связаны с механизмом горизонтального переноса генов, называемым конъюгацией, с перемещением и адгезией бактерий к биотическим и абиотическим поверхностям.

Пилиподобные отростки не следует путать с жгутиками или фимбриями, поскольку они сильно различаются по структуре и функциям, хотя последние разделяют функцию клеточной адгезии.

Источник: Аденозин

Историческая перспектива

Пили были обнаружены благодаря внедрению электронной микроскопии при изучении бактериальных нитчатых придатков. В середине 1950-х их визуализировали и назвали фимбриями.

Только в 1960-х Бринтон ввел термин пили, установив различия между этими структурами с фимбриями и остальными нитевидными расширениями.

Общие характеристики

Хотя прокариотические организмы считаются «простыми» по сравнению с эукариотическим происхождением, они обладают рядом характеристик, которые делают их довольно сложными не только внутри, но и снаружи.

Некоторые бактерии окружены рядом процессов с множеством функций, в основном передвижением и обменом генетическим материалом.

Одним из таких расширений являются пили, структуры, напоминающие тонкие волосы и связанные с горизонтальной передачей генов.

Белковый состав

Пили в основном состоят из олигомерного белка, называемого пилином (16-20 кДа). Пилин расположены по спирали относительно друг друга, образуя цилиндрическую структуру. Этот белок может изменять свое структурное устройство, чтобы участвовать в передвижении.

Структура и размеры

Обычные пили имеют среднюю длину от 0,3 до 1,0 мкм и диаметр 7 нм. Однако этот показатель может существенно меняться в зависимости от рассматриваемого вида.

Они распределены на поверхности клеток грамположительных и грамотрицательных бактерий, но половые пили были зарегистрированы только в группе грамотрицательных бактерий.

Есть и другие удлинители, похожие на пилы, но различающиеся по структуре и функциям. Поэтому необходимо уточнить эти аспекты, чтобы избежать путаницы. Например, пили намного тоньше и короче жгутика.

Хотя некоторые авторы используют термины «пили» и «фримбрии» как синонимы, фимбрии обычно встречаются в большом количестве и участвуют в феномене адгезии микроорганизмов, что важно для определения инфекционной способности рассматриваемой клетки.

Хотя они также участвуют в сращивании, пили меньше и длиннее.

генетика

Бактериальные гены, кодирующие образование пилей, могут располагаться на хромосоме организма или в качестве внехромосомного образования, то есть в плазмиде.

Типы

Исторически пили были сгруппированы с учетом фенотипических характеристик, а также антигенных свойств. Классификация, установленная в новаторских исследованиях пилей, учитывала способность к гемагглютинации с использованием пилей, присутствующих в различных штаммах E. coli.

Вторая классификация основана на относительных морфологических характеристиках трех групп: гибкие и тонкие пили, гибкие и толстые и жесткие.

Последняя классификация предлагает две основные категории: обычные пили и половые пили. Поскольку классификация в основном основана на функции конструкции, мы подробно обсудим каждый тип в следующем разделе.

Характеристики

Конъюгация

Обмен генетическим материалом не ограничивается передачей ДНК от родителей к ребенку. Во всех линиях жизни широко распространено явление, известное как горизонтальный перенос генов (сокращенно THG), когда люди одного поколения - которые могут быть или не быть родственниками - могут обмениваться ДНК.

У прокариот одной из форм THG является конъюгация, которая включает передачу генетического материала от одного человека к другому, а используемой структурой являются половые пили. Это расширение будет действовать как «мост», по которому бактерия, называемая F +, соединится с F-, и будет происходить прохождение ДНК.

Одна из характеристик конъюгации состоит в том, что между участвующими бактериями должен быть физический контакт. Передаваемая ДНК обычно добавляет функцию бактериям-реципиентам, включая устойчивость к антибиотикам или способность эффективно метаболизировать соединение.

Есть два дополнительных типа THG, а именно: трансформация и трансдукция. Вместе с конъюгацией эти процессы сформировали эволюцию геномов видов (не только бактерий), добавив более высокий уровень сложности к древу жизни - если мы добавим события THG, лучше обратиться к сети и не дерево.

Передвижение

У видов Pseudomonas aeruginosa, Neisseria gonorrhoeae и у очень специфических штаммов E. coli пили играют роль в передвижении.

Подвижность этой группы бактерий происходит следующим образом: субъединица составляющих их белков - пилин выходит из ворсинок. Затем этому новому удлинению удается войти в контакт с поверхностью чужеродной клетки, и когда оно достигает ее, оно втягивается, вызывая движение в клетке.

Этот первый тип движения известен как сокращение моторики. Как и следовало ожидать, выполнение этого паттерна передвижения приводит к коротким прерывистым движениям.

Второй тип подвижности известен как скользящая подвижность и характерен для миксобактерий. Это было связано с перемещением клеток в средах, где пропорции воды довольно низкие, например, в почве или биопленках. Однако механизм не очень хорошо изучен.

Другие авторы расходятся во мнении (см. Zhou & Li, 2015) и предполагают, что пили не являются структурами, связанными с движением.

Адгезия и патогенность

Пили участвуют в адгезии бактериальных клеток к различным поверхностям, как биотическим, так и абиотическим.

У грамотрицательных бактерий наличие пилей (и фимбрий, как упомянуто выше) связано с регуляцией взаимодействий микроб-микроб и хозяин-патоген, которые важны в развитии заболеваний.

Обратите внимание, что адгезия микроорганизма к клетке-хозяину является решающим шагом на ранних стадиях заболевания.

Ссылки

1. Клевелл, ДБ (ред.). (2013). Бактериальная конъюгация. Springer Science & Business Media.
2. Де Фрис, Ф. П., Коул, Р., Данкерт, Дж., Фрош, М., и Ван Путтен, Дж. П. (1998). Neisseria meningitidis, продуцирующая адгезин Opc, связывает рецепторы протеогликана эпителиальных клеток. Молекулярная микробиология, 27 (6), 1203-1212.
3. Льоса, М., Гомис-Рют, FX, Колл, М., и Круз, ФДЛ (2002). Бактериальная конъюгация: двухступенчатый механизм транспорта ДНК. Молекулярная микробиология, 45 (1), 1-8.
4. Шехтер, М. (Ред.). (2010). Настольная энциклопедия микробиологии. Академическая пресса.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, Case, CL, & Johnson, TR (2016). Микробиология: введение. Пирсон.
6. Чжоу, X., и Ли, Y. (ред.). (2015). Атлас микробиологии полости рта: от здоровой микрофлоры к болезням. Академическая пресса.