Peptidoglycan (PG) هو بوليمر يشبه الشبكة يحدد شكل الخلية وبنيتها في كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام 1,2. هذا البوليمر المتغاير عبارة عن مصفوفة من السكريات الأمينية المرتبطة بالببتيدات القصيرة3،4،5،6 مع العمود الفقري المكون من بقايا N-acetylglucosamine (GlcNAc) و N-acetylmuramic acid (MurNAc) المرتبطة β (1،4) (الشكل 1)1. تعلق على C-3 لاكتيل moiety من MurNAc هو الببتيد الجذعي. يتضمن استقلاب PG نظاما منسقا بإحكام من الإنزيمات الاصطناعية الحيوية والتحلل لدمج مواد جديدة في جدار الخلية 7,8. يتم تحلل PG بواسطة إنزيمات يشار إليها مجتمعة باسم autolysins9 ويتم تصنيفها بشكل أكبر بناء على خصوصية الرابطة المشقوقة. تشارك Autolysins في العديد من العمليات الخلوية بما في ذلك نمو الخلايا ، وانقسام الخلايا ، والحركة ، ونضج PG ، و chemotaxis ، وإفراز البروتين ، والكفاءة الوراثية ، والتمايز ، والإمراض10,11. يمكن أن يكون الكشف عن الوظائف البيولوجية المحددة ل autolysins الفردية أمرا شاقا ، ويرجع ذلك جزئيا إلى التكرار الوظيفي. ومع ذلك ، قدمت الدراسات الفيزيائية الحيوية الحديثة8،12،13 والدراسات الحسابية12 نظرة ثاقبة جديدة على أدوارها في استقلاب PG. بالإضافة إلى ذلك ، قدمت التقارير الأخيرة مزيدا من التبصر في التوليف 14 وخطوات 15،16،17 بوساطة الغشاء في استقلاب PG. إن الفهم الشامل للعلاقة بين المسارات التحلل والاصطناعية لاستقلاب PG يمكن أن يؤدي إلى أهداف المضادات الحيوية غير المستغلة سابقا.
في حين كان هناك تقدم كبير في منهجية لدراسة علم الأحياء السكرية في حقيقيات النوى ، فإن علم الأحياء السكرية البكتيرية ، وعلى وجه الخصوص ، لم يتقدم استقلاب PG بمعدل مماثل. تشمل الأساليب الكيميائية الحالية لدراسة استقلاب PG المضادات الحيوية ذات العلامات الفلورية18 ، ومجسات الفلورسنت19،20 ، ووضع العلامات الأيضية21،22،23،24. توفر هذه الأساليب الجديدة طرقا جديدة لاستجواب استقلاب جدار الخلية البكتيرية. في حين أن بعض هذه الاستراتيجيات قادرة على وضع علامات PG في الجسم الحي ، إلا أنها يمكن أن تكون19 نوعا خاصا ، أو تعمل فقط في سلالات تفتقر إلى autolysin25 معين. العديد من استراتيجيات وضع العلامات PG مخصصة للاستخدام مع جدران الخلايا المعزولة26 أو مع مسارات التخليق الحيوي PG المعاد تشكيلها في المختبر 20،27،28. يقتصر استخدام المضادات الحيوية ذات العلامات الفلورية حاليا على خطوات التخليق الحيوي و transpeptidation18.
المعرفة الحالية من autolysins البكتيرية ودورها في استقلاب جدار الخلية تأتي من التحليل الكيميائي الحيوي الوراثي وفي المختبر 11،29،30،31،32. في حين أن هذه الأساليب قد وفرت ثروة من المعلومات حول هذه الفئة المهمة من الإنزيمات ، فإن فك رموز دورها البيولوجي يمكن أن يكون تحديا. على سبيل المثال ، بسبب التكرار الوظيفي33 ، لا يؤدي حذف autolysin في معظم الحالات إلى وقف نمو البكتيريا. هذا على الرغم من دورها الضمني في نمو الخلايا وانقسامها 7,12. ومن المضاعفات الأخرى أن الحذف الجيني لل autolysins البكتيرية يمكن أن يؤدي إلى ظهور أنماط ظاهرية ميتا34. تنشأ الأنماط الظاهرية الفوقية من التفاعل المعقد بين المسار المتأثر بالحذف الجيني والمسارات المترابطة الأخرى. على سبيل المثال ، يمكن أن ينشأ النمط الظاهري الفوقي عن طريق تأثير مباشر مثل عدم وجود إنزيم ، أو تأثير غير مباشر مثل تعطيل المنظمين.
حاليا ، لا يوجد سوى عدد قليل من مثبطات الغليكوزيداز autolysins مثل N-acetylglucosaminidases (GlcNAcase) و N-acetylmuramidases ، والتي يمكن استخدامها كمجسات كيميائية لدراسة تدهور PG. لمعالجة هذا ، تم تحديد diamide masarimycin (الذي كان يطلق عليه سابقا باسم fgkc) ووصف35 كمثبط للجراثيم لنمو Bacillus subtilis الذي يستهدف GlcNAcase LytG32 (الشكل 1). LytG هو GlcNAcase36 ذو مفعول خارجي ، وهو عضو في المجموعة 2 ضمن عائلة هيدرولاز غليكوزيل 73 (GH73). وهو GlcNAcase النشط الرئيسي أثناء النمو الخضري32. على حد علمنا ، Masarimycin هو أول مثبط ل GlcNAcase الذي يعمل PG والذي يمنع النمو الخلوي. وجدت دراسات إضافية على ماساريميسين مع العقدية الرئوية أن ماساريميسين من المحتمل أن يمنع استقلاب جدار الخلية في هذا الكائن الحي37. هنا ، يتم الإبلاغ عن إعداد masarimycin للاستخدام كمسبار بيولوجيا كيميائية لدراسة علم وظائف الأعضاء في الكائنات الحية إيجابية الجرام B. subtilis ، و S. pneumoniae. يتم تقديم أمثلة على التحليل المورفولوجي لعلاج التركيز المثبط دون الحد الأدنى باستخدام ماساريميسين ، بالإضافة إلى فحص التآزر / الخصومة. يمكن أن تكون مقايسات التآزر والعداء باستخدام المضادات الحيوية مع طرق عمل محددة جيدا طريقة مفيدة لاستكشاف الروابط بين العمليات الخلوية38،39،40.