Research Abstract
破裂を伴う細菌の細胞死（explosive cell lysis）は細菌が膜小胞やバイオフィルムを形成するための機構である
Explosive cell lysis as a mechanism for the biogenesis of bacterial membrane vesicles and biofilms
2016年4月14日 Nature Communications 7 : 11220 doi: 10.1038/ncomms11220
多くの細菌は、膜小胞（MV）、細胞外DNA、細胞質の多機能（moonlighting）タンパク質などの細胞外や細胞表面に結合した構成要素を産生するが、それらの生成経路や輸送経路は完全に解明されているわけではない。今回我々は、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）の一部の集団のexplosive cell lysisが、緑膿菌バイオフィルムでの細胞質成分の放出の説明になることを示す。超解像度顕微鏡法から、explosive cell lysisにより断片化された膜も生じ、これらが迅速にMVを形成することが分かった。R型ピオシンおよびF型ピオシン遺伝子クラスター内にコードされるプロファージのエンドリシンはexplosive cell lysisに不可欠である。エンドリシンを欠損する変異体は、MV産生とバイオフィルム形成に異常が見られ、これはエンドリシンが、MVの形成、細胞外DNAや他のバイオフィルムマトリックス構成要素の放出において重要な役割を担っていることと一致する。我々の知見は、潜在プロファージのエンドリシンの活性を介したexplosive cell lysisが、細菌MVの産生機構として機能していることを明らかにしている。
Corresponding Authors
Many bacteria produce extracellular and surface-associated components such as membrane vesicles (MVs), extracellular DNA and moonlighting cytosolic proteins for which the biogenesis and export pathways are not fully understood. Here we show that the explosive cell lysis of a sub-population of cells accounts for the liberation of cytosolic content in Pseudomonas aeruginosa biofilms. Super-resolution microscopy reveals that explosive cell lysis also produces shattered membrane fragments that rapidly form MVs. A prophage endolysin encoded within the R- and F-pyocin gene cluster is essential for explosive cell lysis. Endolysin-deficient mutants are defective in MV production and biofilm development, consistent with a crucial role in the biogenesis of MVs and liberation of extracellular DNA and other biofilm matrix components. Our findings reveal that explosive cell lysis, mediated through the activity of a cryptic prophage endolysin, acts as a mechanism for the production of bacterial MVs.
