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Non-acid-fastness in Mycobacterium tuberculosis ΔkasB mutant correlates with the cell envelope electron density - 09/06/12

Doi : 10.1016/j.tube.2012.02.006 
Hiroyuki Yamada a, , Apoorva Bhatt b, Radostin Danev c, f, Nagatoshi Fujiwara d, Shinji Maeda a, Satoshi Mitarai a, Kinuyo Chikamatsu a, Akio Aono a, Koji Nitta c, g, William R. Jacobs e, Kuniaki Nagayama c, h
a Department of Mycobacterium Reference and Research, The Research Institute of Tuberculosis, Japan Anti-Tuberculosis Association, 3-1-24, Matsuyama, Kiyose, Tokyo 204-8533, Japan 
b School of Biosciences, University of Birmingham, Edgbaston, Birmingham B15 2TT, United Kingdom 
c Okazaki Institute for Integrative Bioscience and National Institute for Physiological Sciences, National Institutes of Natural Sciences, Okazaki, Aichi 444-8787, Japan 
d Department of Bacteriology, Osaka City University Graduate School of Medicine, Osaka 545-8585, Japan 
e Howard Hughes Medical Institute, Department of Microbiology and Immunology, Albert Einstein College of Medicine, 1300 Morris Park Avenue, Bronx, NY 10461, USA 

Corresponding author. Tel.: +81 42 493 5072; fax: +81 42 492 4600.

Summary

The acid-fastness is the most important and the most specific characteristics in mycobacteria, the mechanism of which is not clear but may be attributed to the lipid rich cell wall of this bacterium. While the exact component(s) responsible for this staining method remained unidentified, a Mycobacterium tuberculosis mutant, attenuated strain that produced shorter mycolic acids with defects in trans-cyclopropanation was shown to be acid fast negative. In this study, we examined the ultrastructure of the cell envelope (CE) of the mutant strain ΔkasB (missing a beta-ketoacyl-ACP synthase involved in mycolic acid biosynthesis), the parental CDC1551 (wild type strain) and kasB complemented strain, and compared ultrastructural differences among them with conventional transmission electron microscopy (TEM) and cryo-transmission electron microscopy (CEM). Conventional TEM revealed that there were no detectable differences in the thickness of the cell envelope among three strains (wild-type: 43.35 ± 6.13 nm; ΔkasB: 45.98 ± 11.32 nm; complement: 40.71 ± 6.3 nm). However, CEM data demonstrated that the region between the inner and outer membranes of the mutant strain, which is composed mainly of cell wall anchored mycolic acids (MA), showed a significant decrease in electron density as compared to the wild type and kasB complement strain (567.1 ± 372.7 vs. 301.4 ± 262.1, or vs. 235.2 ± 174.9, p < 0.02 or p < 0.001, respectively). These results suggested that altered MA patterns in the kasB mutant may have affected the packing of the lipid rich layer of the M. tuberculosis cell envelope, resulting in a reduced electron density of this layer as seen by CEM and loss of acid-fastness in light microscopical observation, and we propose a novel model of the cell envelope structure in tubercle bacilli.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Mycobacterium tuberculosis, Virulent strain, Acid-fastness, Cell envelope, Transmission electron microscopy


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Vol 92 - N° 4

P. 351-357 - juillet 2012 Retour au numéro
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