PILI: EIGENSCHAFTEN, TYPEN UND FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Die Pili (aus dem lateinischen Haar, Singular Pilus) sind Verlängerungen, die sich auf der Oberfläche einiger Bakterienzellen befinden. Sie stehen hauptsächlich im Zusammenhang mit dem als Konjugation bezeichneten horizontalen Gentransfermechanismus mit der Fortbewegung und Adhäsion von Bakterien an biotischen und abiotischen Oberflächen.

Pili-ähnliche Prozesse sollten nicht mit Flagellen oder Fimbrien verwechselt werden, da sie sich in Struktur und Funktion stark unterscheiden - obwohl sie bei letzteren die Funktion der Zelladhäsion teilen.

Quelle: Adenosin

Historische Perspektive

Die Pili wurden dank der Implementierung der Elektronenmikroskopie entdeckt, während die bakteriellen Filamentanhänge untersucht wurden. Mitte der 1950er Jahre wurden sie visualisiert und Fimbria genannt.

Erst in den 1960er Jahren führte Brinton den Begriff Pili ein und stellte Unterschiede zwischen diesen Strukturen bei den Fimbrien und den übrigen filamentösen Verlängerungen fest.

Allgemeine Charakteristiken

Obwohl prokaryotische Organismen - verglichen mit der Linie der Eukaryoten - als "einfach" angesehen werden, weisen sie eine Reihe von Merkmalen auf, die sie nicht nur innen, sondern auch außen recht komplex machen.

Einige Bakterien sind von einer Reihe von Prozessen mit mehreren Funktionen umgeben, hauptsächlich Fortbewegung und Austausch von genetischem Material.

Eine dieser Erweiterungen sind die Pili, Strukturen, die feinem Haar ähneln und mit dem horizontalen Transfer von Genen zusammenhängen.

Proteinzusammensetzung

Pili bestehen hauptsächlich aus einem oligomeren Protein namens Pilin (16-20 kDa). Das Pilin ist spiralförmig zueinander angeordnet, um eine zylinderförmige Struktur zu bilden. Dieses Protein kann seine strukturelle Anordnung modifizieren, um an der Fortbewegung teilzunehmen.

Struktur und Maße

Gewöhnliche Pili haben eine durchschnittliche Länge von 0,3 bis 1,0 um und einen Durchmesser von 7 nm. Diese Maßnahme kann sich jedoch je nach Art erheblich ändern.

Sie sind auf der Zelloberfläche von grampositiven und gramnegativen Bakterien verteilt, aber über sexuelle Pili wurde nur in einer Gruppe von gramnegativen Bakterien berichtet.

Es gibt andere Erweiterungen, die Pilis ähneln, sich jedoch in Struktur und Funktion unterscheiden. Daher müssen diese Aspekte geklärt werden, um Verwirrung zu vermeiden. Zum Beispiel sind Pili viel dünner und viel kürzer als ein Flagellum.

Obwohl der Begriff Pili und Frimbrien von einigen Autoren synonym verwendet wird, kommen Fimbrien im Allgemeinen in großer Zahl vor und sind am Phänomen der Adhäsion von Mikroorganismen beteiligt - was für die Definition der Infektionskapazität der betreffenden Zelle relevant ist.

Obwohl sie auch an der Adhäsion beteiligt sind, sind die Pili weniger zahlreich und länger.

Genetik

Die Bakteriengene, die für die Bildung von Pili kodieren, können sich auf dem Chromosom des Organismus oder als extrachromosomale Einheit, dh in einem Plasmid, befinden.

Typen

In der Vergangenheit wurden Pili unter Berücksichtigung der phänotypischen Eigenschaften sowie der antigenen Eigenschaften gruppiert. Eine in den bahnbrechenden Studien zu Pili festgelegte Klassifikation berücksichtigte die Fähigkeit zur Hämagglutination unter Verwendung der in verschiedenen E. coli-Stämmen vorhandenen Pili.

Eine zweite Klassifizierung basiert auf relativen morphologischen Merkmalen in drei Gruppen: dem flexiblen und dem dünnen Pili, dem flexiblen und dem dicken und dem starren.

Die letzte Klassifikation schlägt zwei Hauptkategorien vor: den gewöhnlichen Pili und den sexuellen Pili. Da die Klassifizierung hauptsächlich auf der Funktion der Struktur basiert, werden wir jeden Typ im nächsten Abschnitt ausführlich diskutieren.

Eigenschaften

Konjugation

Der Austausch von genetischem Material ist nicht auf die Weitergabe von DNA vom Elternteil an das Kind beschränkt. In allen Lebensbereichen ist ein Phänomen verbreitet, das als horizontaler Gentransfer (kurz THG) bekannt ist und bei dem Personen derselben Generationszeit - die möglicherweise verwandt sind oder nicht - in der Lage sind, DNA auszutauschen.

Bei Prokaryoten ist eine Form von THG die Konjugation, bei der genetisches Material von einem Individuum zum anderen übertragen wird und die verwendete Struktur das sexuelle Pili ist. Diese Erweiterung fungiert als "Brücke", an der sich ein Bakterium namens F + mit einem F- verbindet und der Durchgang von DNA stattfindet.

Eine der Eigenschaften der Konjugation ist, dass zwischen den beteiligten Bakterien physischer Kontakt bestehen muss. Die gespendete DNA fügt den Empfängerbakterien im Allgemeinen eine Funktion hinzu, einschließlich der Resistenz gegen ein Antibiotikum oder der Fähigkeit, eine Verbindung effizient zu metabolisieren.

Es gibt zwei zusätzliche Arten von THG, nämlich Transformation und Transduktion. Zusammen mit der Konjugation haben diese Prozesse die Evolution der Genome von Arten (nicht nur Bakterien) geprägt und dem Baum des Lebens eine höhere Komplexität verliehen. Wenn wir THG-Ereignisse hinzufügen, ist es besser, auf ein Netzwerk und zu verweisen kein Baum.

Fortbewegung

Bei den Pseudomonas aeruginosa-Arten, Neisseria gonorrhoeae, und bei sehr spezifischen E. coli-Stämmen spielen Pili eine Rolle bei der Fortbewegung.

Die Motilität dieser Bakteriengruppe tritt wie folgt auf: Eine Untereinheit der Proteine, aus denen sie bestehen - Pilin erstreckt sich vom Pilus. Dann schafft es diese neue Erweiterung, mit einer fremden Zelloberfläche in Kontakt zu kommen, und wenn sie diese erreicht, zieht sie sich zurück und treibt eine Bewegung in der Zelle an.

Diese erste Art von Bewegung ist als Kontraktionsmotilität bekannt. Wie zu erwarten ist, führt die Ausführung dieses Fortbewegungsmusters zu kurzen, intermittierenden Bewegungen.

Die zweite Art der Motilität ist als Gleitmotilität bekannt und charakteristisch für Myxobakterien. Es wurde mit der Verdrängung von Zellen in Umgebungen in Verbindung gebracht, in denen der Wasseranteil recht gering ist, wie z. B. Böden oder Biofilme. Der Mechanismus ist jedoch nicht sehr gut verstanden.

Andere Autoren unterscheiden sich in dieser Ansicht (siehe Zhou & Li, 2015) und schlagen vor, dass Pili keine Strukturen sind, die mit der Fortbewegung zusammenhängen.

Adhäsion und Pathogenität

Pili sind an der Adhäsion von Bakterienzellen an verschiedene Oberflächen beteiligt, sowohl biotische als auch abiotische.

Bei gramnegativen Bakterien ist das Vorhandensein von Pili (und Fimbrien wie oben erwähnt) mit der Regulation von Mikroben-Mikroben- und Wirt-Pathogen-Wechselwirkungen verbunden, die für die Entwicklung von Krankheiten wichtig sind.

Es ist zu beachten, dass die Adhäsion des Mikroorganismus an die Wirtszelle ein entscheidender Schritt in den frühen Stadien der Krankheit ist.

Verweise

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