Контактно-зависимое ингибирование роста ( CDI ) - это явление, при котором бактериальная клетка может доставлять полиморфную молекулу токсина в соседние бактериальные клетки при прямом контакте клетка-клетка, вызывая остановку роста или гибель клетки.
Открытие
CDI теперь является общим термином для описания межбактериальной конкуренции, основанной на прямом межклеточном контакте бактерий. Тем не менее, феномен был впервые обнаружен в 2005 году в изолята EC93 из кишечной палочки найден в кишечнике крыс, и в этом случае, было опосредовано системой секреции типа V . Этот изолят доминировал в кишечной флоре крыс и, по-видимому, особенно хорошо превосходил лабораторные штаммы E. coli при совместном культивировании . Новым в этом открытии был тот факт, что ингибирующие эффекты изолированной E. coli, по- видимому, требовали прямого межклеточного контакта. [1] [2] До того, как у этого изолята была обнаружена ИКД, единственными известными системами, опосредующими прямую межбактериальную конкуренцию путем интоксикации, были токсины, секретируемые во внеклеточное пространство. Таким образом, они не требовали контакта клетка-клетка. Вторая система, которая может опосредовать ИКД, была открыта в 2006 году у патогенной бактерии Vibrio cholerae , возбудителя холеры желудочно-кишечного тракта , и у условно-патогенного микроорганизма Pseudomonas aerugenosa . Эта система сильно отличалась от системы секреции типа V, идентифицированной у E. coli, и, таким образом, сформировала новый класс CDI: систему секреции типа VI . [3]
Типы CDI
Тип IV
Система секреции типа IV (T4SS) обнаружена у многих видов грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также у архей и обычно связана с конъюгацией или доставкой белков вирулентности к эукариотическим клеткам. [4] Некоторые виды патогена растений Xanthomonas , однако, обладают определенным T4SS, способным опосредовать CDI, доставляя пептидогликангидролазу. Этот эффектор убивает мишени, у которых нет родственного белка иммунитета, как у других систем CDI. [5]
Тип V
Первой обнаруженной системой CDI была система секреции типа V, кодируемая кластером генов cdiBAI , широко распространенным среди патогенных грамотрицательных бактерий. Первый белок, кодируемый опероном, CdiB, представляет собой бета-цилиндрический белок внешней мембраны, который экспортирует CdiA, представляя его на клеточной поверхности бактерии, экспрессирующей CDI (CDI +). Предполагается, что CdiA образует нить длиной в несколько нанометров, которая простирается наружу от клетки CDI +, чтобы взаимодействовать с соседними бактериями через рецепторы белков внешней мембраны, с которыми он будет связываться. [2] С-концевая 200-300 аминокислот CDIA таит в себе высокий переменный токсический домен (CDIA-CT), который поставляется в соседних бактерии при распознавании рецепторов, что позволяет клетку КДИ + , чтобы остановить рост клетки , в которую он доставляет этот токсин CdiA-CT. Этот токсичный домен связан с остальной частью CdiA посредством пептидного мотива VENN и значительно больше различается между видами, чем остальная часть CdiA. [6] CdiI - это иммунный белок, предотвращающий аутоингибирование С-концевым токсином. Это также предотвращает уничтожение бактериями или подавление роста их братьев и сестер, пока они обладают геном иммунитета. [7] Многие системы CDI содержат дополнительные пары cdiA-CT / cdiI, которые называются «сиротами» после первой копии [8], и эти сироты могут быть подключены к различным основным CdiA: s модульным способом. [6]
Тип VI
Система секреции типа VI (T6SS) широко распространена среди грамотрицательных бактерий и состоит из белкового комплекса, кодируемого несколькими разными генами, образующего «игольчатую» структуру, способную вводить эффекторные молекулы в соседние клетки-мишени, подобные сократительному хвосту. из T4 бактериофагом . Один T6SS может иметь несколько различных эффекторов, таких как токсины PAAR-домена или токсины Hcp, и некоторые виды могут доставлять эти токсины как прокариотам, так и эукариотам . [3] [9]
Резус-токсины
Система горячих точек перестройки (Rhs) существует как у грамотрицательных, так и у грамположительных бактерий . Подобно CdiA, эти системы состоят из больших белков с консервативным N-концевым доменом и вариабельного С-концевого токсинового домена, требующего родственного белка иммунитета. Многие системы Rhs содержат PAAR-домены (пролин-аланин-аланин-аргинин), которые могут взаимодействовать с VgrG аппарата T6SS, что делает его необходимым для секреции Rhs. [3] [10] Название «Горячие точки перестройки» происходит от открытия, когда система была впервые идентифицирована как элементы хромосомы E. coli , которые постоянно перестраивались . [11] [12] Грамположительная почвенная бактерия Bacillus subtilis обладает гомологом Rhs, называемым Wall-ассоциированным белком A (WapA), способным опосредовать CDI, при этом требуя родственного белка иммунитета, WapI, для предотвращения аутоингибирования. [10]
Прочие функции
Агрегация клеток и образование биопленок
В E. coli молекулы CdiA могут взаимодействовать с молекулами, обнаруженными на соседних клетках, независимо от рецептора, с которым связывается CdiA. Помимо связывания с рецептором, эти гомотипические взаимодействия вызывают агрегацию клеток и клеток и способствуют образованию биопленок для CDI + бактерий. Аналогичным образом, гомолог CdiA BcpA в Burkholderia thailandensis вызывает повышенную регуляцию генов, кодирующих пили и полисахариды, при доставке к родственным клеткам, которые обладают белком иммунитета BcpI. Это изменение в экспрессии генов приводит к увеличению образования биопленок в популяции бактерий благодаря феномену, теперь известному как контактно-зависимая передача сигналов. Кроме того, T6SS в V. cholerae активен в биопленках, позволяя клетке, экспрессирующей T6SS, убивать близлежащие клетки, не обладающие специфическим иммунитетом. [5]
Рекомендации
- ^ Aoki SK, Pamma R, Hernday AD, Bickham JE, Braaten BA, Low DA (август 2005). «Контактно-зависимое подавление роста Escherichia coli». Наука . 309 (5738): 1245–8. DOI : 10.1126 / science.1115109 . PMID 16109881 .
- ^ а б Виллетт Дж. Л., Рухе З. К., Гулдинг К. В., Низкий DA, Хейс К. С. (ноябрь 2015 г.) «Контактно-зависимое ингибирование роста (CDI) и белки секреции двух партнеров CdiB / CdiA» . Журнал молекулярной биологии . 427 (23): 3754–65. DOI : 10.1016 / j.jmb.2015.09.010 . PMC 4658273 . PMID 26388411 .
- ^ а б в Cianfanelli FR, Monlezun L, Coulthurst SJ (январь 2016 г.). «Цель, нагрузка, огонь: система секреции типа VI, бактериальное нанооружие». Тенденции микробиологии . 24 (1): 51–62. DOI : 10.1016 / j.tim.2015.10.005 . PMID 26549582 .
- ^ Кристи П.Дж., Уитакер Н., Гонсалес-Ривера С. (август 2014 г.). «Механизм и структура секреционных систем бактерий IV типа» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Исследование молекулярных клеток . 1843 (8): 1578–91. DOI : 10.1016 / j.bbamcr.2013.12.019 . PMC 4061277 . PMID 24389247 .
- ^ а б Гарсия ЕС (апрель 2018 г.). «Контактно-зависимые межбактериальные токсины передают сообщение» . Текущее мнение в микробиологии . 42 : 40–46. DOI : 10.1016 / j.mib.2017.09.011 . PMC 5899628 . PMID 29078204 .
- ^ а б Аоки, Стефани К .; Diner, Elie J .; де Роденбек, Клэр Т'Кинт; Берджесс, Брандт Р .; Пул, Стивен Дж .; Браатен, Брюс А .; Джонс, Эллисон М .; Уэбб, Джулия С .; Hayes, Christopher S .; Коттер, Пегги А .; Низкий, Дэвид А. (ноябрь 2010 г.). «Широко распространенное семейство полиморфных контактно-зависимых систем доставки токсинов в бактериях» . Природа . 468 (7322): 439–442. DOI : 10,1038 / природа09490 . ISSN 1476-4687 . PMC 3058911 . PMID 21085179 .
- ^ Ruhe ZC, Low DA, Hayes CS (май 2013 г.). «Бактериальное контактно-зависимое подавление роста» . Тенденции микробиологии . 21 (5): 230–7. DOI : 10.1016 / j.tim.2013.02.003 . PMC 3648609 . PMID 23473845 .
- ^ Hayes, CS; Koskiniemi, S .; Ruhe, ZC; Пул, SJ; Низкий, DA (2014-02-01). «Механизмы и биологические роли контактно-зависимых систем ингибирования роста» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в медицине . 4 (2): a010025. DOI : 10.1101 / cshperspect.a010025 . ISSN 2157-1422 . PMC 3904093 . PMID 24492845 .
- ^ Сильверман Дж.М., Агнелло Д.М., Чжэн Х., Эндрюс Б.Т., Ли М., Каталано К.Э., Гонен Т., Мугус Дж.Д. (сентябрь 2013 г.). «Корегулируемый белок гемолизина является экспортируемым рецептором и шапероном субстратов секреции типа VI» . Молекулярная клетка . 51 (5): 584–93. DOI : 10.1016 / j.molcel.2013.07.025 . PMC 3844553 . PMID 23954347 .
- ^ а б Jamet A, Nassif X (май 2015 г.). «Новые игроки в области токсинов: системы полиморфных токсинов в бактериях» . mBio . 6 (3): e00285-15. DOI : 10,1128 / mBio.00285-15 . PMC 4436062 . PMID 25944858 .
- ^ Capage M, Hill CW (январь 1979 г.). «Предпочтительная неравномерная рекомбинация в области glyS хромосомы Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 127 (1): 73–87. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (79) 90460-1 . PMID 370413 .
- ^ Лин Р.Дж., Кэпейдж М., Хилл С.В. (июль 1984 г.) «Повторяющаяся последовательность ДНК, rhs, ответственная за дупликации в хромосоме Escherichia coli K-12». Журнал молекулярной биологии . 177 (1): 1–18. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (84) 90054-8 . PMID 6086936 .