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Oct 31, 2023

미세호기성 조건에서 황색포도상구균의 복잡한 능력 조절

커뮤니케이션 생물학 볼륨

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 512(2023) 이 기사 인용

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세 가지 주요 수평적 유전자 전달 메커니즘 중 하나인 자연 형질전환을 수행하려면 박테리아가 유전적 역량이라는 생리학적으로 차별화된 상태에 들어가야 합니다. 흥미롭게도 그러한 적성을 나타내는 새로운 박테리아가 종종 발견되며, 가장 최근의 박테리아 중 하나가 인간 병원체인 황색포도상구균입니다.

여기에서는 플랑크톤 세포 배양을 기반으로 하는 최적화된 프로토콜을 보여 주며, 이는 인구의 큰 비율로 역량 개발을 활성화하고 S. 아우레우스 자연 변환 효율성을 크게 향상시킵니다. 이러한 조건을 활용하여 우리는 각 중앙 역량 규제 기관의 규제를 특성화하기 위해 전사체 분석을 수행합니다. SigH와 ComK1은 모두 자연 형질전환 유전자를 활성화하는 데 필수적이지만 말초 기능의 활성화 또는 억제에도 중요한 것으로 밝혀졌습니다. ComK2는 형질전환 유전자의 조절에 중요한 역할을 하지 않지만 SigH 및 ComK1의 레귤론과 중요한 중복성을 보여줍니다. 마지막으로, 우리는 SrrAB 2성분 시스템에 의해 감지된 미세호기성 조건이 S. aureus의 역량을 활성화하는 데 핵심이라고 제안합니다.

황색포도상구균과 같은 적응력이 뛰어난 공생 유기체는 박테리아가 다양한 생태학적 틈새에서 성장하고, 감염하고, 생존할 수 있도록 하는 일련의 유전자를 보유하고 있습니다. 전비공은 일반적으로 S. aureus의 고유 생태학적 틈새로 간주되지만, 박테리아는 피부, 겨드랑이, 사타구니 및 위장관을 포함한 인체의 다른 부위에서 분리될 수 있습니다1. 집락화는 일반적으로 해롭지 않지만 S. 아우레우스는 선천적인 숙주 방어를 뚫고 더 깊은 조직에 접근하여 다양한 표면 및 침습성 감염을 일으킬 수 있습니다2. 더욱이, 조건성 혐기성균인 S. 아우레우스는 산소가 있거나 없을 때 숙주 면역 체계를 성장시키고 방해하는 능력을 가지고 있습니다. 이 능력은 S. aureus의 환경이 감염 과정에서 혐기성으로 변하거나 혐기성으로 변하는 것으로 알려져 있기 때문에 특히 중요합니다3,4.

이러한 놀라운 적응력 외에도 S. aureus는 항생제 다중 내성 균주5,6의 광범위한 출현으로 인해 병원에서 가장 두려운 병원체 중 하나가 되었습니다. 다른 S. aureus 균주 또는 심지어 다른 속으로부터의 항생제 내성 유전자의 수평적 유전자 전달(Horizontal gene transfer, HGT)은 수년 동안 접합 및 형질도입을 통해서만 독점적으로 매개되었습니다. 그러나 몇 년 전, S. aureus가 자연적으로 유전적 변형을 수행할 수 있다는 증명이8 이 중요한 인간 병원체에서 HGT를 파악하는 방식을 변화시켰습니다.

역량은 일부 박테리아 종이 다양한 환경 신호에 반응하여 발달하는 생리학적 적응입니다9. 이러한 자극에 반응하여 박테리아 세포는 신호 전달 경로를 유발하여 궁극적으로 중앙 역량 조절기를 활성화합니다. 이 모든 단계는 소위 초기 역량 유전자에 의해 제어됩니다. 흥미롭게도 중앙 역량 조절자는 여러 모델 유기체에서 전사 활성제10,11 또는 대체 시그마 인자12로 확인되었습니다. 일단 활성화되면 후기 역량 유전자의 발현이 시작되며, 그 중에는 유전자 변형에 필수적인 모든 유전자가 있습니다.

중요한 것은 S. aureus에서 세 가지 잠재적인 중앙 역량 조절자가 확인되었다는 것입니다: 대체 시그마 인자인 SigH13과 두 개의 전사 조절자인 ComK1 및 ComK214입니다. 또한 S. aureus는 CS28이라는 화학적으로 정의된 배지에서 자연적으로 능력을 유도할 수 있는 것으로 나타났습니다. 저자는 CS2 배지에서 8시간 동안 성장한 후 최대 1.6%의 역량 유도 세포를 검출하여 야생형 균주의 검출 한계(약 10-10)에 거의 도달하지 않는 형질전환 효율을 얻었습니다8.