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A New Insight into the Mycobacterial Cell Envelope Architecture by the Localization of Antigens in Ultrathin Sections

1991; Elsevier BV; Volume: 275; Issue: 3 Linguagem: Alemão

10.1016/s0934-8840(11)80292-6

0934-8840

Nalin Rastogi, Raymond Hellio, Hugo L. David,

Bacterial Genetics and Biotechnology

In an attempt to have a better insight into the mycobacterial cell envelope architecture, various subcellular fractions of Mycobacterium avium were prepared and characterized chemically and ultrastructurally. The various fractions corresponding to the mycobacterial "capsular material", outer layer, cell wall skeleton, cytoplasmic membrane, and cytosol as well as intact bacteria were then used to raise antisera in rabbits. The antisera so raised were then used to immunolabel the intact bacteria prior to embedding in epon. In parallel studies, bacteria were processed by a novel gelatin-uranyl acetate-low temperature Lowicryl HM20 embedding which preserved mycobacterial antigens, permitting to immunolabel antigens on ultrathin sections. Immunolabelling of epon-embedded intact bacteria showed that in the tripartite structure of the bacterial cell envelope, the middle electron-transparent layer acted as a barrier, not permitting the antibodies to penetrate into deeper structures. Immunolabelling of ultrathin sections showed that mycobacteria were surrounded by a "capsule" containing specific surface antigens with a glycocalyx-like topography, and that the intermediate electron transparent layer which separated the surface amphiphils from the inner arabinogalactan-peptidoglycan layer, was a virtual no man's land as it only seldom contained a single gold particle irrespective of the various antisera used. Furthermore, location of various layers in the cell envelope of M. avium using antisera raised against the subcellular fractions prepared was in agreement with chemical and ultrastructural data. A cell envelope model compatible with chemical, ultrastructural and immunolabelling data is proposed and its validity discussed. In dem Bemühen urn einen besseren Einblick in den Aufbau der Zellhülle von Mycobakterien wurden verschiedene subzelluläre Fraktionen von Mycobacterium avium hergestellt und chemisch sowie ultrastrukturell charakterisiert. Die dem "Kapselmaterial" der Mycobakterien ensprechenden verschiedenen Fraktionen, nämlich äußere Schicht, Zellwandskelett, Zytoplasmamembran und Cytosol sowie intakte Bakterien dienten zur Herstellung von Antiseren in Kaninchen. Die auf diese Weise hergestellten Antiseren wurden dann zur Immunmarkierung der intakten Bakterien vor der Einbettung in Epon verwendet. In Paralleluntersuchungen wurden die Bakterien in das neuartige Niedrigtemperatur-GelatineUranylacetat Lowicryl HM20 eingebettet, welches die Mycobakterien-Antigene erhält und die Immunmarkierung der Antigene auf Ultradünnschnitten erlaubt. Die Immunmarkierung von in Epon eingebetteten intakten Bakterien zeigte, daß in der dreiteiligen Struktur der bakteriellen Zellhülle die mittlere elektronentransparente Schicht als Schranke wirkte, die ein Eindringen der Antikörper in die tieferen Strukturen nicht zuließ Die Immunmarkierung von Ultradünnschnitten zeigte, daß die Mycobakterien von einer "Kapsel" umgeben sind, die spezifische Oberflächenantigene mit einer Glycocalyx-artigen Topographie enthält und daß die elektronentransparente Zwischenschicht, die die Amphiphile der Oberfläche von der inneren Arabinogalactan-Peptidoglycan-Schicht trennt, praktisch ein "Niemandsland" war, da sie nur selten einzelne Goldpartikel enthielt, obwohl verschiedene Antiseren verwendet worden waren. Darüber hinaus stimmte bei Verwendung von gegen die subzellulären Fraktionen hergestellten Antiseren die Lokalisierung der verschiedenen Schichten in der Zellhülle von M. avium mit den chemischen und ultrastrukturellen Daten überein. Es wird ein zu den chemischen, ultrastrukturellen und Immunmarkierungs-Daten passendes Modell der Zellhülle vorgeschlagen und seine Gültigkeit diskutiert.