Live Cell Imaging of <em>Bacillus subtilis</em> and <em>Streptococcus pneumoniae</em> using Automated Time-lapse Microscopy

During the last few years scientists became increasingly aware that average data obtained from microbial population based experiments are not ...

University of Groningen

El crecimiento del sacculus acoplamiento-como peptidoglicano (PG) situado entre las membranas internas y externas bacterianas (OM) es regulado firmemente para asegurar la integridad celular, mantener la forma celular y orquestar la divisi&oacute;n. Elementos citoesquel&eacute;ticos dirigen la colocaci&oacute;n y la actividad de la PG Sintasas de dentro de la c&eacute;lula, pero preciso spatiotemporal control sobre este proceso es mal entendido. Demostramos que PG Sintasas tambi&eacute;n se controlan desde fuera el s&aacute;culo. Dos de las lipoprote&iacute;nas de OM, LpoA y LpoB, son esenciales para la funci&oacute;n, respectivamente, de PBP1A y PBP1B, los principales e. coli bifuncionales PG Sintasas. Cada prote&iacute;na de Lpo se une espec&iacute;ficamente a su cognado PBP y estimula su actividad transpeptidasa, facilitando la fijaci&oacute;n de nuevo PG sacculus. LpoB muestra parcial localizaci&oacute;n septal, y nuestros datos sugieren que el complejo de LpoB-PBP1B contribuye a la constricci&oacute;n de OM durante la divisi&oacute;n celular. LpoA/LpoB y sus regiones PBP-acoplamiento est&aacute;n restringidos a &gamma;-proteobacterias, ofrecer modelos para regulaci&oacute;n de nicho espec&iacute;fico de crecimiento sacculus.

Regulaci&oacute;n de la s&iacute;ntesis de peptidoglicano por prote&iacute;nas de membrana externa.

&#x4F4D;&#x4E8E;&#x7EC6;&#x83CC;&#x7684;&#x5185;&#x3001; &#x5916;&#x819C; (OM) &#x4E4B;&#x95F4;&#x7684;&#x80BD;&#x805A;&#x7CD6;&#x7F51;&#x6837; (PG) &#x7403;&#x56CA;&#x589E;&#x957F;&#x4E25;&#x683C;&#x786E;&#x4FDD;&#x7EC6;&#x80DE;&#x5B8C;&#x6574;&#x6027;&#xFF0C;&#x7EF4;&#x6301;&#x7EC6;&#x80DE;&#x7684;&#x5F62;&#x72B6;&#xFF0C;&#x5E76;&#x534F;&#x8C03;&#x53F8;&#x3002;&#x9AA8;&#x67B6;&#x5143;&#x7D20;&#x7684;&#x5355;&#x5143;&#x683C;&#x5185;&#x76F4;&#x63A5;&#x5B89;&#x7F6E;&#x548C;&#x4ECE; PG &#x5408;&#x9176;&#x6D3B;&#x6027;&#xFF0C;&#x4F46;&#x5BF9;&#x6B64;&#x8FC7;&#x7A0B;&#x8FDB;&#x884C;&#x7CBE;&#x786E;&#x65F6;&#x7A7A;&#x63A7;&#x5236;&#x4E86;&#x89E3;&#x751A;&#x5C11;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x8868;&#x73B0;&#x51FA; PG &#x5408;&#x9176;&#x8FD8;&#x4ECE;&#x63A7;&#x5236;&#x7403;&#x56CA;&#x5916;&#x3002;&#x4E24;&#x4E2A; OM &#x8102;&#x86CB;&#x767D; LpoA &#x548C; LpoB&#xFF0C;&#x57FA;&#x672C;&#x7684;&#x51FD;&#x6570;&#xFF0C;&#x5206;&#x522B;&#x662F;&#xFF0C;PBP1A &#x548C; PBP1B&#xFF0C;&#x4E3B;&#x8981;&#x5927;&#x80A0;&#x6746;&#x83CC;&#x53CC;&#x529F;&#x80FD; PG &#x5408;&#x3002;&#x6BCF;&#x4E2A;&#x8FC7;&#x6C27;&#x5316;&#x8102;&#x8D28;&#x86CB;&#x767D;&#x5C06;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x5230;&#x5176;&#x540C;&#x6E90; PBP &#x4E13;&#x95E8;&#x548C;&#x523A;&#x6FC0;&#x5176;&#x9170;&#x6D3B;&#x52A8;&#xFF0C;&#x4ECE;&#x800C;&#x4FC3;&#x8FDB;&#x5BF9;&#x7403;&#x56CA;&#x65B0; PG &#x7684;&#x4F9D;&#x604B;&#x3002;LpoB &#x663E;&#x793A;&#x90E8;&#x5206;&#x7684;&#x95F4;&#x9694;&#x5B9A;&#x4F4D;&#xFF0C;&#x548C;&#x6211;&#x4EEC;&#x7684;&#x6570;&#x636E;&#x8868;&#x660E;&#xFF0C;LpoB PBP1B &#x590D;&#x6742;&#x6709;&#x52A9;&#x4E8E; OM &#x7F29;&#x5728;&#x7EC6;&#x80DE;&#x5206;&#x88C2;&#x8FC7;&#x7A0B;&#x3002;LpoA/LpoB &#x548C;&#x5176; PBP &#x5BF9;&#x63A5;&#x533A;&#x57DF;&#x53EA;&#x9650;&#x4E8E; &gamma;-proteobacteria&#xFF0C;&#x63D0;&#x4F9B;&#x7279;&#x5B9A;&#x5C0F;&#x751F;&#x5883;&#x7684;&#x7403;&#x56CA;&#x751F;&#x957F;&#x8C03;&#x8282;&#x6A21;&#x5F0F;&#x3002;

&#x7531;&#x5916;&#x819C;&#x86CB;&#x767D;&#x80BD;&#x805A;&#x7CD6;&#x5408;&#x6210;&#x8C03;&#x63A7;&#x3002;

Growth of the mesh-like peptidoglycan (PG) sacculus located between the bacterial inner and outer membranes (OM) is tightly regulated to ensure cellular integrity, maintain cell shape, and orchestrate division. Cytoskeletal elements direct placement and activity of PG synthases from inside the cell, but precise spatiotemporal control over this process is poorly understood. We demonstrate that PG synthases are also controlled from outside of the sacculus. Two OM lipoproteins, LpoA and LpoB, are essential for the function, respectively, of PBP1A and PBP1B, the major E.Â coli bifunctional PG synthases. Each Lpo protein binds specifically to its cognate PBP and stimulates its transpeptidase activity, thereby facilitating attachment of new PG toÂ the sacculus. LpoB shows partial septal localization, and our data suggest that the LpoB-PBP1B complex contributes to OM constriction during cellÂ division. LpoA/LpoB and their PBP-docking regions are restricted to Î³-proteobacteria, providing models for niche-specific regulation of sacculus growth.

Regulation of peptidoglycan synthesis by outer-membrane proteins.

Croissance du sacculus filet de peptidoglycane (PG) situ&eacute; entre les membranes bact&eacute;riennes internes et externes (OM) est &eacute;troitement contr&ocirc;l&eacute;e pour assurer l&#39;int&eacute;grit&eacute; cellulaire, de maintenir la forme des cellules et orchestrer la division. Les &eacute;l&eacute;ments du cytosquelette directement mise en place et l&#39;activit&eacute; des PG synthases d&#39;&agrave; l&#39;int&eacute;rieur de la cellule, mais contr&ocirc;le spatio-temporel pr&eacute;cis au cours de ce processus est mal compris. Nous d&eacute;montrons que PG synthases sont &eacute;galement contr&ocirc;l&eacute;s de l&#39;ext&eacute;rieur sacculus. Deux lipoprot&eacute;ines OM, AAL et LpoB, sont essentiels pour la fonction, respectivement, de PBP1A et PBP1B, les grands e. coli bifonctionnels PG synthases. Chaque prot&eacute;ine de la Lpo se lie sp&eacute;cifiquement &agrave; son PBP apparent&eacute; et stimule son activit&eacute; transpeptidase, facilitant ainsi l&#39;attachement du nouveau PG &agrave; sacculus. LpoB montre partielle localisation septale et nos donn&eacute;es sugg&egrave;rent que le complexe de la LpoB-PBP1B contribue &agrave; la constriction OM pendant la division cellulaire. AAL/LpoB et leurs r&eacute;gions PBP-amarrage sont r&eacute;serv&eacute;es aux &gamma;-prot&eacute;obact&eacute;ries, fournissant des mod&egrave;les de r&egrave;glement cr&eacute;neau sp&eacute;cifique de la croissance du saccule.

R&eacute;gulation de la synth&egrave;se des peptidoglycanes de prot&eacute;ines de la membrane externe.

Wachstum von der Masche-wie Peptidoglycan (PG)-Sacculus befindet sich zwischen die bakteriellen inneren und &auml;u&szlig;eren Membran (OM) ist streng reguliert, um zellul&auml;ren Integrit&auml;t sicherzustellen, Zelle Form beizubehalten und orchestrieren Abteilung. Zytoskelett Elemente sind direkte Platzierung und Aktivit&auml;t von PG-Synthasen aus innerhalb der Zelle, aber pr&auml;zise raumzeitliche Kontrolle &uuml;ber diesen Prozess wird oft missverstanden. Wir zeigen, dass PG-Synthasen auch au&szlig;erhalb der Sacculus aus gesteuert werden. Zwei OM Lipoproteine, LpoA und LpoB, sind notwendig f&uuml;r die Funktion, beziehungsweise von PBP1A und PBP1B, die gro&szlig;en E. Coli bifunktionelle PG-Synthasen. Jedes Lpo-Protein bindet spezifisch an seine Verwandten PBP und dessen Transpeptidase-Aktivit&auml;t, und erleichtert die Befestigung der neuen PG an der Sacculus stimuliert. LpoB zeigt teilweise Septumdefekt Lokalisierung und unsere Daten deuten darauf hin, dass der LpoB-PBP1B-Komplex zu OM Verengung w&auml;hrend der Zellteilung beitr&auml;gt. LpoA/LpoB und PBP-Andocken Regionen beschr&auml;nken sich auf &gamma;-Proteobacteria, die Modelle f&uuml;r Nischen-spezifische Regelung der Sacculus Wachstum.

Verordnung der Peptidoglycan Synthese durch &auml;u&szlig;ere Membrane Proteine.

Crescita del sacculo mesh-come peptidoglicano (PG) situato tra le membrane interne ed esterne batteriche (OM) &egrave; strettamente regolamentato per garantire integrit&agrave; cellulare, mantenere la forma delle cellule e orchestrare divisione. Elementi citoscheletrici diretto collocamento e attivit&agrave; di PG synthases all&#39;interno della cellula, ma un controllo preciso spatiotemporal questo processo &egrave; capito male. Dimostriamo che PG synthases inoltre sono controllati da fuori il sacculo. Due lipoproteine OM, LpoA e LpoB, sono essenziali per la funzione, rispettivamente, di PBP1A e PBP1B, i principali e. coli bifunzionale PG synthases. Ogni proteina Lpo si lega specificamente alle sue cognate PBP e stimola l&#39;attivit&agrave; transpeptidasi, facilitando cos&igrave; l&#39;attaccamento di nuovo PG al sacculo. LpoB Mostra la localizzazione parziale del setto, e i nostri dati suggeriscono che il complesso LpoB-PBP1B contribuisce alla costrizione OM durante la divisione cellulare. LpoA/LpoB e le loro regioni PBP-dock sono limitate a &gamma;-proteobacteria, fornendo modelli di nicchia specifico regolamento di crescita sacculo.

Regolazione della sintesi del peptidoglicano da proteine della membrana esterna.

&#x7D30;&#x83CC;&#x5185;&#x5074;&#x3068;&#x5916;&#x5074;&#x819C; (OM) &#x306E;&#x9593;&#x306B;&#x3042;&#x308B;&#x30E1;&#x30C3;&#x30B7;&#x30E5;&#x72B6;&#x30DA;&#x30D7;&#x30C1;&#x30C9;&#x30B0;&#x30EA;&#x30AB;&#x30F3; (PG) sacculus &#x306E;&#x6210;&#x9577;&#x306F;&#x7D30;&#x80DE;&#x306E;&#x5B8C;&#x5168;&#x6027;&#x3092;&#x78BA;&#x4FDD;&#x3059;&#x308B;&#x3001;&#x7D30;&#x80DE;&#x306E;&#x5F62;&#x3092;&#x7DAD;&#x6301;&#x3057;&#x3001;&#x90E8;&#x9580;&#x3092;&#x7BA1;&#x5F26;&#x697D;&#x306B;&#x7DE8;&#x66F2;&#x3059;&#x308B;&#x5805;&#x304F;&#x8ABF;&#x6574;&#x3055;&#x308C;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x7D30;&#x80DE;&#x9AA8;&#x683C;&#x8981;&#x7D20;&#x914D;&#x7F6E;&#x3068;&#x30A2;&#x30AF;&#x30C6;&#x30A3;&#x30D3;&#x30C6;&#x30A3; PG &#x5408;&#x6210;&#x9175;&#x7D20;&#x304B;&#x3089;&#x76F4;&#x63A5;&#x7D30;&#x80DE;&#x5185;&#x304C;&#x3053;&#x306E;&#x30D7;&#x30ED;&#x30BB;&#x30B9;&#x3092;&#x6B63;&#x78BA;&#x306B;&#x6642;&#x7A7A;&#x9593;&#x5236;&#x5FA1;&#x304C;&#x3088;&#x304F;&#x308F;&#x304B;&#x3063;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x305B;&#x3093;&#x3002;&#x6211;&#x3005; &#x306F;&#x3001;PG &#x5408;&#x6210;&#x9175;&#x7D20;&#x3082;&#x304B;&#x3089;&#x5916; sacculus &#x5236;&#x5FA1;&#x3055;&#x308C;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002;2 &#x3064;&#x306E; OM &#x30EA;&#x30DD;&#x30BF;&#x30F3;&#x30D1;&#x30AF;&#x8CEA;&#x3001;LpoA &#x3068; LpoB&#x3001;&#x305D;&#x308C;&#x305E;&#x308C; PBP1A &#x3068; PBP1B&#x3001;&#x4E3B;&#x8981;&#x306A;&#x5927;&#x8178;&#x83CC; 2&#x5B98; PG &#x5408;&#x6210;&#x9175;&#x7D20;&#x306E;&#x6A5F;&#x80FD;&#x306B;&#x306F;&#x3001;&#x5FC5;&#x9808;&#x3067;&#x3059;&#x3002;&#x5404; Lpo &#x30BF;&#x30F3;&#x30D1;&#x30AF;&#x8CEA;&#x305D;&#x306E;&#x540C;&#x65CF; PBP &#x3092;&#x5177;&#x4F53;&#x7684;&#x3092;&#x7D50;&#x5408;&#x3057;&#x3001;&#x305D;&#x308C;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x65B0;&#x3057;&#x3044; PG &#x306E;&#x6DFB;&#x4ED8;&#x30D5;&#x30A1;&#x30A4;&#x30EB;&#x3001;sacculus &#x3092;&#x4FC3;&#x9032;&#x3059;&#x308B;&#x305D;&#x306E;&#x30FC;&#x30B0;&#x30EB;&#x30BF;&#x30DF;&#x30EB;&#x30C8;&#x30E9;&#x30F3;&#x30B9;&#x30DA;&#x30D7;&#x30C1;&#x30C0;&#x30FC;&#x30BC;&#x6D3B;&#x6027;&#x3092;&#x523A;&#x6FC0;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;LpoB &#x90E8;&#x5206;&#x7684;&#x9694;&#x5C40;&#x5728;&#x5316;&#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x3001;&#x79C1;&#x305F;&#x3061; LpoB PBP1B &#x30B3;&#x30F3;&#x30D7;&#x30EC;&#x30C3;&#x30AF;&#x30B9; OM &#x53CE;&#x7E2E;&#x7D30;&#x80DE;&#x5206;&#x88C2;&#x306E;&#x9593;&#x306B;&#x5BC4;&#x4E0E;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x304C;&#x793A;&#x5506;&#x3055;&#x308C;&#x307E;&#x3057;&#x305F;&#x3002;LpoA/LpoB &#x53CA;&#x3073;&#x305D;&#x306E; PBP &#x30C9;&#x30C3;&#x30AD;&#x30F3;&#x30B0;&#x9818;&#x57DF;&#x7279;&#x5B9A;&#x306E;&#x30CB;&#x30C3;&#x30C1;&#x306E;&#x898F;&#x5236; sacculus &#x306E;&#x6210;&#x9577;&#x306E;&#x305F;&#x3081;&#x306E;&#x30E2;&#x30C7;&#x30EB;&#x3092;&#x63D0;&#x4F9B;&#x3059;&#x308B; &gamma;-&#x30D7;&#x30ED;&#x30C6;&#x30AA; &#x30D0;&#x30AF;&#x30C6;&#x30EA;&#x30A2;&#x306B;&#x5236;&#x9650;&#x3055;&#x308C;&#x307E;&#x3059;&#x3002;

&#x5916;&#x819C;&#x30BF;&#x30F3;&#x30D1;&#x30AF;&#x8CEA;&#x306B;&#x3088;&#x308B;&#x30DA;&#x30D7;&#x30C1;&#x30C9;&#x30B0;&#x30EA;&#x30AB;&#x30F3;&#x5408;&#x6210;&#x306E;&#x8ABF;&#x7BC0;&#x3002;

&#xC138;&#xADE0;&#xC758; &#xB0B4;&#xBD80; &#xBC0F; &#xC678;&#xBD80; &#xB9C9; (OM) &#xC0AC;&#xC774; &#xC788;&#xB294; &#xBA54;&#xC26C; &#xAC19;&#xC740; peptidoglycan (PG) sacculus&#xC758; &#xC131;&#xC7A5; &#xB2E8;&#xB2E8;&#xD788; &#xC138;&#xD3EC; &#xBB34;&#xACB0;&#xC131;&#xC744; &#xBCF4;&#xC7A5; &#xD558; &#xACE0; &#xC140; &#xBAA8;&#xC591;&#xC744; &#xC720;&#xC9C0; &#xBD80;&#xBB38; &#xC870;&#xC815; &#xD1B5;&#xC81C;. Cytoskeletal &#xC694;&#xC18C;&#xB294; &#xC140; &#xB0B4;&#xBD80; &#xBC30;&#xCE58; &#xBC0F; PG synthases&#xC5D0;&#xC11C;&#xC758; &#xD65C;&#xB3D9;&#xC744; &#xC9C1;&#xC811; &#xD558;&#xC9C0;&#xB9CC;&#xC774; &#xACFC;&#xC815;&#xC744; &#xD1B5;&#xD574; &#xC815;&#xD655;&#xD55C; spatiotemporal &#xC81C;&#xC5B4; &#xC11C; &#xD22C;&#xB974; &#xAC8C; &#xC774;&#xD574;. PG synthases&#xB294; sacculus&#xC758; &#xC678;&#xBD80;&#xC5D0;&#xC11C; &#xB610;&#xD55C; &#xC81C;&#xC5B4; &#xB429;&#xB2C8;&#xB2E4; &#xBCF4;&#xC5EC; &#xC90D;&#xB2C8;&#xB2E4;. LpoA &#xBC0F; LpoB, &#xB450; &#xC634; &#xB2E8;&#xBC31;&#xC9C8;&#xC740; &#xAC01;&#xAC01; pbp1a&#xC640; PBP1B, &#xC8FC;&#xC694; &#xB300;&#xC7A5;&#xADE0; bifunctional PG synthases &#xD568;&#xC218;&#xB97C; &#xD544;&#xC218;&#xC801;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xAC01; Lpo &#xB2E8;&#xBC31;&#xC9C8; &#xD2B9;&#xD788; &#xADF8; &#xB3D9;&#xC871; PBP&#xC5D0; &#xBC14;&#xC778;&#xB529;&#xD558;&#xACE0; &#xD568;&#xC73C;&#xB85C;&#xC368; &#xC0C8;&#xB85C;&#xC6B4; PG&#xC758; &#xCCA8;&#xBD80; &#xD30C;&#xC77C;&#xC740; sacculus &#xC6A9;&#xC774; &#xD558; &#xAC8C; &#xADF8;&#xAC83;&#xC758; transpeptidase &#xD65C;&#xB3D9;&#xC744; &#xC790;&#xADF9;. LpoB &#xD45C;&#xC2DC; &#xBD80;&#xBD84; septal &#xC9C0;&#xC5ED;&#xD654; &#xD558; &#xACE0; &#xC6B0;&#xB9AC;&#xC758; &#xB370;&#xC774;&#xD130; LpoB PBP1B &#xBCF5;&#xC7A1; &#xD55C; &#xC138;&#xD3EC; &#xBD84;&#xC5F4; &#xB3D9;&#xC548; &#xC634; &#xC218;&#xCD95;&#xC5D0; &#xAE30;&#xC5EC; &#xD55C;&#xB2E4;&#xB294; &#xAC83;&#xC774; &#xC88B;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. LpoA/LpoB &#xBC0F; &#xADF8;&#xB4E4;&#xC758; PBP &#xB3C4;&#xD0B9; &#xC601;&#xC5ED; sacculus &#xC131;&#xC7A5;&#xC758; &#xD2C8;&#xC0C8; &#xC2DC;&#xC7A5; &#xAD00;&#xB828; &#xADDC;&#xC81C;&#xC5D0; &#xB300; &#xD55C; &#xBAA8;&#xB378;&#xC744; &#xC81C;&#xACF5; &#xD558; &#xACE0; &gamma;-proteobacteria &#xC81C;&#xD55C; &#xB429;&#xB2C8;&#xB2E4;.

Katrin Beilharz

Molecular Genetics Group,
Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute,
Centre for Synthetic Biology,
Molecular Genetics Group, Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute, Centre for Synthetic Biology

University of Groningen

Live Cell Imaging of Bacillus subtilis and Streptococcus pneumoniae using Automated Time-lapse Microscopy