ケーブル細菌の細胞エンベロープ構造

ケーブルバクテリアは、センチメートルのフィラメントの縦軸に沿って電子を細胞から細胞に輸送できる長い多細胞微生物です。この長距離電子輸送を媒介する導電性構造は、細胞エンベロープにあると考えられています。したがって、この研究では、さまざまなサンプル調製方法（化学固定、樹脂埋め込み、および凍結固定）とイメージング技術（走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡法のポートフォリオと組み合わせることにより、ケーブルバクテリアフィラメントの細胞エンベロープのアーキテクチャを詳細に調べています。断層撮影、焦点を合わせたイオンビームスキャン電子顕微鏡、および原子力顕微鏡）。さまざまな直径の無傷のフィラメントを体系的に画像化しました。さらに、細胞質と膜を化学抽出により除去した後に残っているペリプラズム繊維鞘を調査しました。これらの調査に基づいて、ケーブル細菌の定量的構造モデルを提示します。ケーブルバクテリアは、標準サイズの尾根コンパートメントの平行な連結によって細胞エンベロープを構築します。より大きな直径フィラメントには、単に平行な尾根コンパートメントが組み込まれています。各尾根コンパートメントには、ペリプラズム空間に直径約50 nmの繊維が含まれています。これらの繊維は、細胞間接合部を横切って連続しており、ペリプラズム繊維の周りの外側の細胞膜の浸潤によって作られる可能性が高い顕著な導き出しの構造を表示します。細胞間のペリプラズム繊維の連続性により、ケーブル細菌の求められている電子伝導構造の主要な候補になります。

Cable bacteria are long, multicellular micro-organisms that are capable of transporting electrons from cell to cell along the longitudinal axis of their centimeter-long filaments. The conductive structures that mediate this long-distance electron transport are thought to be located in the cell envelope. Therefore, this study examines in detail the architecture of the cell envelope of cable bacterium filaments by combining different sample preparation methods (chemical fixation, resin-embedding, and cryo-fixation) with a portfolio of imaging techniques (scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and tomography, focused ion beam scanning electron microscopy, and atomic force microscopy). We systematically imaged intact filaments with varying diameters. In addition, we investigated the periplasmic fiber sheath that remains after the cytoplasm and membranes were removed by chemical extraction. Based on these investigations, we present a quantitative structural model of a cable bacterium. Cable bacteria build their cell envelope by a parallel concatenation of ridge compartments that have a standard size. Larger diameter filaments simply incorporate more parallel ridge compartments. Each ridge compartment contains a ~50 nm diameter fiber in the periplasmic space. These fibers are continuous across cell-to-cell junctions, which display a conspicuous cartwheel structure that is likely made by invaginations of the outer cell membrane around the periplasmic fibers. The continuity of the periplasmic fibers across cells makes them a prime candidate for the sought-after electron conducting structure in cable bacteria.