グラム陰性細菌は、植物や動物のエネルギー小器官（葉緑体とミトコンドリア）のように、外側と内側の膜と呼ばれる二つの膜二重層を持っています。 これらの2つの膜の間の空間は、ペリプラズムと呼ばれています。 長い単細胞真核生物の前に、ペリプラズムは、グラム陰性細菌に重要な競争適応を提供するために、最初の細胞質外コンパートメントとして進化しました。 初期の知識とペリプラズムの発見は、その形態学的可視化の前でさえも発展した。 1960年代、科学者たちは、グラム陰性菌大腸菌によって産生されるリボヌクレアーゼやホスファターゼなどの重要な生物学的分子の分解に関与する毒性酵素が細胞に毒性がないことを理解しようとしていた。 生化学的抽出法は，このような抽出が内膜結合細胞質を保存し，これらのスフェロプラストが再び成長し，より多くの酵素を合成することができるため，別のコンパートメントを示唆した。 電子顕微鏡の開発により，ペリプラズムによって分離された二つの膜二重層の可視化が行われた。

追加の膜は、その新規な機能は、おそらく毒素排除よりも重要な、おそらくさらに重要な選択的利点を提供した別の細胞コンパートメントとしてペリ これらの新規な機能には、真核細胞小胞体と同様のタンパク質輸送、折り畳み、酸化、および品質管理が含まれる。 ペリプラズムはまた、細胞質において毒性であり得る酵素の隔離、重要なシグナル伝達機能、および細胞分裂調節を可能にする。 さらに、それは細胞の機能にpeptidoglycanおよびリポ蛋白質、multidrugの流出システムおよび外の膜を渡るDonnanかイオンの潜在性に貢献する特定の溶質のような外の膜 また、ペリプラズムには、独自に構造化されたβバレルタンパク質、リポタンパク質、グリセロールリン脂質の外膜への分泌に関与するアセンブリプラットフォームも含まれています(図1)。:

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示されているのは、外膜を構成するリポ多糖およびグリセロールリン脂質の非対称二重層である。 内膜はグリセロールリン脂質の対称二重層である。 ペリプラズム空間は、これらの膜の間の領域であり、タンパク質の酸化および品質管理を含む様々な酵素および機能を含む。 またperiplasmicスペースの内で細胞を囲むpeptidoglycanと名づけられる架橋結合された砂糖およびアミノ酸の層はあります。 ペプチドグリカンは豊富な外の膜のリポ蛋白質Lpp間の共有結合のtranspeptidase結合によって腸細菌の外の膜につながります。 様々なセンサは、環境変化を感知するペリプラズムドメインと内膜に座って、Rcsシステムの場合には、RcsF外膜リポタンパク質の位置の変化。 鞭毛機械のような多成分タンパク質複合体は、二つの膜にまたがっている。 IMの内部の膜; Lpp、ブラウンのリポタンパク質;LPS、リポ多糖;RcsF、カプセル合成Fのレギュレータ

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外膜は、ペリプラズムを介して細胞エンベロープの他の部分に接続されたユニークなオルガネラです。 グラム陽性細菌は、外膜を欠いているが、その表面を保護するより広範なペプチドグリカンポリマーを持っています。 ほとんどの哺乳類の膜と同様のグリセロールリン脂質の二重層であり、側方拡散によって特徴づけられる特定の流れを有する細菌の内膜とは対照的に、外膜は流れが制限されている。 それは独特な二重層であり、内部のリーフレットはphosphotidylethanolamine、phosphatidylglycerolおよびcardiolipinの典型的なグリセロールのリン脂質の内容を持っていて、外のリーフレットは主として独特な糖脂質、lps（lipopolysaccharide）で構成されています。 LPSの隣酸塩は表面に負電荷を与え、特定のDonnanの潜在性はperiplasmに外の膜を渡って作成されます。 外膜は、多くのグラム陽性菌を含むすべての生物によって産生されるカチオン性抗菌化合物などの毒性化合物に対する障壁を提供しながら、貴重な栄養素の輸送を可能にする選択的障壁として機能する。 この障壁のもう一つのコンポーネントは、特定のペリプラスムシャペロンシステムを介して外膜に挿入されるユニークなベータバレル構造を持つ外膜 これらのタンパク質は特定の点状として外膜に集合し、外膜はタンパク質とユニークな非対称脂質二重層を含む特定の離散パッチに集合する可能性があることを示している。 これらの外膜タンパク質の中には、ペリプラズムへの特定のサイズの入り口の親水性基質を可能にする選択的チャネルとして作用することがで 幸いにも人間のために、これらのポリンは細胞壁の重要な構造要素-重合体のpeptidoglycanの統合を目標とするperiplasmへの浸透を可能にする親水性のベータラクタムの抗生物質 いくつかの細菌の外膜は、豊富なリポタンパク質を介してペプチドグリカンポリマーに固定されており、これは特定の分泌系を介して外膜の内側の小葉に挿入される。 様々な重要なタンパク質複合体はナノマシンとして機能し、ATP加水分解を利用して高分子を分泌したり、鞭毛と呼ばれる運動性オルガネラを回転させ したがって、外膜と内膜はまた、膜スパニングタンパク質複合体によってペリプラズムを横切って接続されている。 したがって、外膜は、共有結合および非共有結合タンパク質結合を介してペプチドグリカン層および内膜に結合することができる複雑なオルガネラ 外膜のアセンブリおよびペプチドグリカンおよび細胞質へのリンクはperiplasmである内部の膜と外の膜間のスペースを作成します。

ペリプラズム空間内に含まれる重要な機能にもかかわらず、長年にわたり、このコンパートメントの膜間距離またはサイズ、および細胞全体の内膜と外膜の間の間隔の均一性があるかどうかについての議論が行われてきた。 この空間の特定の大きさの視覚化の多くは、電子顕微鏡によるイメージングのための固定の成果物であり、実際には空間が実際には潜在的な空間に過ぎないことが懸念されていた。 バイエルの初期の電子顕微鏡研究では、これらの空間の一部を抹消する外膜と内膜の間の癒着が示され、彼は接着のポイントは、主要な外膜脂質であるLPSが内膜の合成部位から外膜に送達された領域であることを示唆した。 しかし、彼の研究はその後、潜在的な固定アーティファクトの観察から派生したものとして信用されていたが、今日の多くの専門家は、いくつかの流出と輸送 膜が一緒に近い特定の領域の存在は、これらのATP結合カセット（ABC）輸送および流出ポンプのいくつかがどのように機能するかを説明するだろう; これらのシステムは、流出、LPS、または他の糖脂質輸送のために不可欠であるが、外膜に到達するのに十分な大きさの固有のサイズまたは高分子性質を欠 さらに、ペリプラズムは、ペリプラズム空間、最も顕著に細胞を囲むペプチドグリカン高分子層のための少なくともいくつかのボリュームを必要とする他の多くのコンポーネントが含まれています。 現在、これらのトランスポーターがこのポリマーの周りをどのように移動し、膜に接触するペリプラズムの幅は不明であるが、外膜リポタンパク質が直接接触を通じてペプチドグリカン合成を調整できることを示す最近の研究は、少なくともいくつかのタンパク質が重要な機能を達成するためにペプチドグリカンの細孔を通って収まることを示している

対照的に、鞭毛および病原性関連III型分泌系ニードル複合体を含む様々なオルガネラは、二つの膜にまたがるペリプラズム内のポリマーの組み立てを必要とする。 鞭毛の場合、そのロッドまたは駆動軸はペリプラズムにまたがり、その長さは外膜に接触するポリマーによって決定される。 ケリー-ヒューズのグループによるエレガントな最近の研究は、ペリプラズムの大きさ、または二つの膜間の距離は、共有結合ペプチドグリカン層に外膜をリン これは、Lppが48年前にBraunによって記述された腸内細菌に存在する最も豊富なタンパク質であり、この時点まで特定の機能がそれに帰されていなかった このαヘリックス蛋白質は脂質のアンカーを通して外の膜の内部のleafletに挿入され、transpeptidasesの系列によってpeptidoglycanポリマーに共有結合されます。 ペリプラズムの拡張を可能にするこれらのリポタンパク質を長くすることは、より長い鞭毛棒およびより効率的な水泳行動につながる。 これらの著者らは、この結果は、ペリプラズムの大きさを制限し、水泳効率の低下を強制する他の進化的に選択された機能がなければならないことを示していると解釈した。 PLOS生物学のこの問題では、それらの重要な機能の一つが明らかにされています：エンベロープの障害や損傷を感知する別の外膜リポタンパク質、カプセル合成F（RcsF）のレギュレータによって制御されるエンベロープ損傷のシグナリング機能。

グラム陰性菌は、膜損傷や外膜を損傷する抗菌ペプチドなどの毒性化合物を感知するさまざまな重要な機能を持っています。 これらのセンシングシステムには、細菌表面のリモデリングが毒性化合物に対してより耐性であることを可能にするものが含まれる—sf小説の物語で彼らの盾を活性化する宇宙船に似ている。 これらの感知系のいくつかは、特定の分子または損傷を感知するためにペリプラズムにドメインを有するセンサーキナーゼとして機能する受容体である。 しかし、膜損傷時に細胞外多糖類の合成を活性化し、細胞保護およびバイオフィルム形成を提供するrcsシステムと呼ばれるよりユニークなセンサーキナーゼシステムの一つは、外膜リポタンパク質RcsFを有し、エンベロープ損傷およびペプチドグリカンストレス上の特定のペリプラズムドメインを有するシグナル伝達タンパク質と相互作用し、細胞外多糖類産生および他のストレス関連対処経路の合成を活性化する。 したがって、何らかの方法でエンベロープ損傷は、RcsFリポタンパク質を内膜センシングシステムに大きく近接させ、したがって、外膜および/またはペプチドグリカンの障害を感知するように進化した（図2）。 PLOS生物学のこの問題では、著者らは最終的にこのセンシングは、（膜の損傷に内膜センサーに到達しなければならない）センシングリポタンパク質（膜の損傷に到達しなければならない）も長くしない限り、シグナリングを廃止し、外膜からペプチドグリカンに非常に豊富なLppリポタンパク質アンカーを長くする変異（ペプチドグリカンの増加したサイズになります）ので、このセンシングは、特定のサイズであることをペリプラズムを必要とすることを実証しています。 この作品はまた、ペリプラズムに非常に具体的な順序とサイズを明確に示しています; ペリプラズムの大きさは，クライオ電子顕微鏡によるリポタンパク質のアンカーまたは長さの変化に関連して存在することが明らかに見られた。 この技術とフラゲローターに関連してヒューズグループの仕事で使用される電子断層撮影は、細菌細胞のエンベロープと重要な機能を実行するためにペリ

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図2。 RcsFシグナル伝達は、ペリプラズム空間の大きさの変化によって変化する。

RcsF外膜リポタンパク質センサーは、センシングを活性化するために、その内膜シグナル伝達パートナーに接触する必要があります。 ペプチドグリカンへのLpp結合の延長はペリプラズムの距離を増加させるので、このセンシングは、特定のペリプラズム距離を必要とし、RcsFが延長されな パネルAでは：エンベロープ障害が進行中でないため、RcsFがシグナル伝達を活性化していない状態。 パネルBでは、: エンベロープ障害は、内膜センシングシステムとのRcsF物理的相互作用につながり、Rcsレギュロンが活性化される。 Ｌｐｐが延長され，ペリプラズム膜間距離が延長されたパネルＣでは，エンベロープ障害にもかかわらずＲｃｓレギュロンを活性化することができなかった。 パネルＤでは、長いＬｐｐの欠陥は、Ｒｃｓｆを延長することによって補正される。 IMの内部の膜;Lppのブラウンのリポ蛋白質;OMの外の膜;PGのpeptidoglycan;rcsfのカプセルの統合Fの調整装置。

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これらの最近の研究では、Lppは外膜とペプチドグリカンの間の特定の分子定規として定義されていますが、内膜とペプチドグリカンの間の距離を調節するものと、ペプチドグリカンポリマーの重合または分解を制御するものは不明であり、ペリプラズムにまたがるタンパク質を完全に妨害しないようにしています。 細胞包絡線のこれらおよび他の謎を定義することは、グラム陰性細菌細胞包絡線の謎を解決するための科学的なドライブを満たすことに加えて、重要な実用的な進歩につながる可能性があります。 このエンベロープは非常に効率的で進化的に高度な分子篩であり、これらの生物に対する抗生物質の開発は、追加の膜およびペリプラズムを欠いているグラム陽性細菌よりもはるかに困難である。

グラム陰性細胞エンベロープの知識の増加は、β-ラクタム抗生物質（ペプチドグリカンを標的とし、ポリンを介して入る）を含む私たちの最も成功した抗生物質の多くが細胞エンベロープを標的とするため、抗生物質耐性のメカニズムを理解するためにも重要である。 グラム陰性細菌および多剤耐性生物は、エンベロープ変異および新しいペリプラズム酵素の獲得を通じて進化を続けている。 外の膜およびperiplasmによって提供される独特な障壁の違反の難しさのためにパイプラインにグラム陰性の細菌のための新しい抗生物質の欠乏があ この点で、ペリプラズム標的を有する抗生物質は、内膜を貫通し、重大な流出を回避することの困難に直面している抗生物質よりも利点を有する。 興味深いことに、特定のサイズと異なる機能に対応する能力のペリプラズムを必要とする本質的なペリプラズム機能を標的とすることは、抗生物質開発のための重要な新しい目標を提供する可能性があると推測することは興味深い。 最近の研究では、細菌遺伝学、構造生物学、および高度な形態学的技術を通じて、グラム陰性エンベロープの新しい基本的な機能を明らかにしている。 研究の数十年にもかかわらず、多くのグラム陰性細菌細胞エンベロープについて学ぶことが残っています。 この分野の他の謎を明らかにすることは、抗生物質耐性グラム陰性菌との軍拡競争で一歩先を行く私たちを維持するために抗生物質の開発のた