線維化

線維化（せんいか、英: filamentation、フィラメンテーション）は、フィラメント形成（英: filament formation）とも呼ばれ、大腸菌などの特定の細菌の異常な増殖のことで、細胞は伸長し続けるが分裂はしない状態である（セプタム（英語版）が形成されない）。分裂せずに伸長した細胞は、複数の染色体コピーを持っている。抗生物質やその他のストレス因子が存在しない場合、フィラメント形成は細菌集団では低頻度で発生するが（1～8時間培養の場合、短いフィラメントは4～8％、長いフィラメントは0～5％）、細胞長の伸長は細胞の摂取をより困難にすることにより、原生動物による捕食や好中球の食作用から細菌を保護する。フィラメント形成はまた、抗生物質から細菌を保護すると考えられている病原性因子でもあり、バイオフィルム形成などの細菌の病原性の他の側面に関連している。細菌が様々な化学的および物理的な薬剤（例えば、DNA合成阻害抗生物質、紫外線）で処理されると、細菌集団内のフィラメントの数と長さが増加する。大腸菌のフィラメント形成に関与する主要な遺伝子には、SulAとminCDがある。 ペプチドグリカン合成阻害剤（例：セフロキシム、セフタジジム）の中には、隔壁でペプチドグリカンを架橋する原因となるペニシリン結合タンパク質（PBP）を阻害することでフィラメント形成を誘発するものがある（例：大腸菌および緑膿菌のPBP3）。側壁合成に関与するPBPは、セフロキシムやセフタジジムの影響を比較的受けないため、細胞の伸長は細胞分裂なしで進行し、フィラメント化が観察される。 DNA合成阻害およびDNA損傷抗生物質（例：メトロニダゾール、マイトマイシンC、フルオロキノロン、ノボビオシン（英語版））は、SOS応答（英語版）を介してフィラメント化を誘発する。SOS応答は、DNAが修復されるまで隔膜形成を阻害し、この遅延により、損傷したDNAの子孫への伝達が停止する。細菌は、Zリングの形成を阻害するFtsZ阻害剤であるタンパク質SulAを合成することにより隔膜形成を阻害し、それによってPBP3の動員と活性化を停止させる。細菌が葉酸合成阻害剤（例：トリメトプリム）で処理することにより核酸塩基チミンを奪われると、これもDNA合成を阻害し、SOSを介したフィラメント形成を誘発する。SulAや他のFtsZ阻害剤（例：ベルベリン）によるZリング形成の直接阻害もフィラメント化を誘発する。 いくつかのタンパク質生合成阻害剤（例：カナマイシン）、RNA合成阻害剤（例：ビシクロマイシン（英語版））および膜破壊剤（例：ダプトマイシン、ポリミキシンB）もフィラメント化を引き起こすが、これらのフィラメントは上記の抗生物質によって誘発されるフィラメントよりもはるかに短い。 紫外線は細菌のDNAに損傷を与え、SOS応答（英語版）を介してフィラメント化を誘発する。 栄養物の変化もまた、細菌のフィラメント化を引き起こす可能性がある。たとえば、細菌が飢餓によって核酸塩基チミンを奪われた場合、これはDNA合成を阻害してSOSを介したフィラメント化を誘発する。 細菌の形態学的可塑性（英語版） セグメント細菌（英語版） ^ a b Jaimes-Lizcano YA, Hunn DD, Papadopoulos KD (April 2014). “Filamentous Escherichia coli cells swimming in tapered microcapillaries”. Research in Microbiology 165 (3): 166–74. doi:10.1016/j.resmic.2014.01.007. PMID 24566556.  ^ a b c d e f g h i Cushnie TP, O'Driscoll NH, Lamb AJ (December 2016). “Morphological and ultrastructural changes in bacterial cells as an indicator of antibacterial mechanism of action”. Cellular and Molecular Life Sciences 73 (23): 4471–4492. doi:10.1007/s00018-016-2302-2. hdl:10059/2129. PMID 27392605. https://zenodo.org/record/883501.  ^ Hahn MW, Höfle MG (May 1998). “Grazing Pressure by a Bacterivorous Flagellate Reverses the Relative Abundance of Comamonas acidovorans PX54 and Vibrio Strain CB5 in Chemostat Cocultures”. Applied and Environmental Microbiology 64 (5): 1910–8. doi:10.1128/AEM.64.5.1910-1918.1998. PMC 106250. PMID 9572971. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC106250/.  ^ Hahn MW, Moore ER, Höfle MG (January 1999). “Bacterial filament formation, a defense mechanism against flagellate grazing, is growth rate controlled in bacteria of different phyla”. Applied and Environmental Microbiology 65 (1): 25–35. doi:10.1128/AEM.65.1.25-35.1999. PMC 90978. PMID 9872755. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC90978/.  ^ Justice SS, Hunstad DA, Cegelski L, Hultgren SJ (February 2008). “Morphological plasticity as a bacterial survival strategy”. Nature Reviews. Microbiology 6 (2): 162–8. doi:10.1038/nrmicro1820. PMID 18157153.  ^ Fuchs BB, Eby J, Nobile CJ, El Khoury JB, Mitchell AP, Mylonakis E (June 2010). “Role of filamentation in Galleria mellonella killing by Candida albicans”. Microbes and Infection 12 (6): 488–96. doi:10.1016/j.micinf.2010.03.001. PMC 288367. PMID 20223293. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC288367/.  ^ a b Bi E, Lutkenhaus J (February 1993). “Cell division inhibitors SulA and MinCD prevent formation of the FtsZ ring”. Journal of Bacteriology 175 (4): 1118–25. doi:10.1128/jb.175.4.1118-1125.1993. PMC 193028. PMID 8432706. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC193028/.  ^ Spratt BG (August 1975). “Distinct penicillin binding proteins involved in the division, elongation, and shape of Escherichia coli K12”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 72 (8): 2999–3003. Bibcode: 1975PNAS...72.2999S. doi:10.1073/pnas.72.8.2999. PMC 432906. PMID 1103132. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC432906/.  ^ Cordell SC, Robinson EJ, Lowe J (June 2003). “Crystal structure of the SOS cell division inhibitor SulA and in complex with FtsZ”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100 (13): 7889–94. Bibcode: 2003PNAS..100.7889C. doi:10.1073/pnas.1330742100. PMC 164683. PMID 12808143. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC164683/.  ^ Ray S, Dhaked HP, Panda D (October 2014). “Antimicrobial peptide CRAMP (16-33) stalls bacterial cytokinesis by inhibiting FtsZ assembly”. Biochemistry 53 (41): 6426–9. doi:10.1021/bi501115p. PMID 25294259.  ^ Walker JR, Pardee AB (January 1968). “Evidence for a relationship between deoxyribonucleic acid metabolism and septum formation in Escherichia coli”. Journal of Bacteriology 95 (1): 123–31. doi:10.1128/JB.95.1.123-131.1968. PMC 251980. PMID 4867214. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC251980/.  ^ Ohkawa T (December 1975). “Studies of intracellular thymidine nucleotides. Thymineless death and the recovery after re-addition of thymine in Escherichia coli K 12”. European Journal of Biochemistry 60 (1): 57–66. doi:10.1111/j.1432-1033.1975.tb20975.x. PMID 1107038.