컴피턴스 팩터

Competence factor
기능성 기계(블루박스)에 의한 세포 DNA(블랙 스퀴글)로의 외인성 플라스미드(보라색 원) 통합

세포의 외인성 DNA 또는 능력을 성공적으로 통합하는 능력은 능력 인자에 의해 결정됩니다.이러한 인자는 특정 세포 표면 단백질과 [1]DNA의 흡수를 유도하는 전사 인자로 구성됩니다.

자연역량은 세포가 [2]세포막을 통해 세포외 DNA와 결합하고 운반하는 능력이며 변형이라고 불리는 과정을 통해 외래 유전자를 자신의 DNA로 재조합하는 능력이다.수평적 유전자 이동은 박테리아 유전자가 주어진 환경에서 같은 세대 종들 사이에서 전달될 수 있는 이것의 결과이며, 능력은 세포가 전달에 참여할 수 있는 능력이다.만약 불리한 환경에 살고 있는 집단의 한 세포에 더 나은 생존성을 가져오는 돌연변이가 있다면, 그 유전자는 같은 이점을 확장하기 위해 다른 유능한 세포에 전달될 수 있다.유전자 조작에 일반적으로 사용되는 플라스미드는 수평 유전자 전달을 통해서도 공유될 수 있는데, 이것은 항생제 내성 플라스미드의 [3]교환에 관한 현대 의학에서 특히 관련이 있다.

세포의 능력은 유전자에 의해 결정될 수도 있고, 이것은 자연적인 능력의 경우일 수도 있고, 인위적인 능력을 얻기 위해 조작될 수도 있다.

능력을 유발하는 페로몬에는 ComX와 CSF의 두 가지 유형이 있습니다.ComX는 10개의 아미노산 올리고펩타이드로 히스티딘 키나제인 ComP와 세포질 반응 조절제인 ComA의 두 가지 공동 성분을 필요로 한다.ComX는 내막의 바깥쪽에서 ComP에 결합하고, ComP 자동인산염은 ComA로 전달된다.이것은 능력 경로에서 유전자의 전사를 활성화한다.CSF는 5개의 아미노산 올리고펩타이드로 GSP 경로를 통해 수출된다.CSF는 올리고펩타이드 투과체를 통해 세포에 들어가 저농도(1~5nM)에서 역량경로를 자극하며, 고농도(20nM 이상)에서는 역량이 억제되고 포자가 [4]자극된다.

능력의 종류

자연의

자연에서 발견되는 대부분의 박테리아는 선천적으로 유능하다고 알려져 있는데, 이는 그들이 유전적으로 외래 DNA를 흡수할 수 있는 경향이 있다는 것을 의미한다.

인조

실험실 환경에서 세포는 종종 미생물의 자연 [5]환경 조건을 재현하기 위해 인위적이거나 유도된 능력 상태로 강제된다.박테리아에게 능력을 강요하는 것은 두 가지 방법으로 이루어질 수 있다. 한 가지 방법은 화학 [5]능력이라고 불리는 과정이다.실험실에서 세포는 얼음처럼 차가운 염화칼슘 용액으로 준비되고 화학적으로 유능해진다.이 세포들이 열에 충격을 받으면 (예를 들어, 섭씨 42도에서 30초) 그들은 단일 또는 이중 가닥 DNA를 둘 다 가져다가 그들의 게놈에 통합시킬 수 있고, DNA는 세포 내에서 플라스미드로 존재할 수 있다.박테리아 능력을 유도하는 또 다른 방법은 전기 [5]능력이라고 불리는 과정인데, 이것은 낮은 이온 강도 완충기를 가진 세포를 준비함으로써 이루어집니다.그런 다음 이 세포들은 전기 충격으로 처리되어 더 투과성이 높아지게 되고, 이것은 그들이 단일 또는 이중 가닥 DNA를 흡수하여 게놈에 통합하거나 세포 내에 플라스미드로 DNA가 존재하게 한다.

역량을 결정하는 요소

폐렴 연쇄상구균은 유도 펩타이드 역량 자극 펩타이드(CSP)[6]를 통해 그 능력을 얻는다.비인두의 거주자로서, 항생제 내성 플라스미드를 흡수하는 S. 폐렴의 능력은 위험한 [7]감염을 일으킬 수 있다.폐렴구균은 다른 세포에서 유전적 능력을 발현하는 능력을 가진 자가 인듀서라고 불리는 작은 수용성 분자를 배출합니다.자동 인듀서는 쿼럼 감지 유형으로 사용되며, 주변 영역의 셀 수를 [6]"감지"합니다.

Campylobacter jejuni는 세포에 의해 Campylobacter jejuni [8]DNA로 확인될 때까지는 적합하지 않다.서브틸리스균도 비슷한 상황이 발생하며, 그 경우에도 특정 [9]매체에서만 능력이 개발된다.

Pasturelaceae와 Neisseriaceae 종은 가까운 [10]친척의 유전자를 선택하는 경향이 있다.

규정

srfA Operon 규제

세포 외 인자를 감지하는 것과 관련된 모든 세포 구성 요소는 srfA 오퍼론에 영향을 미칩니다.srfA의 발현은 상류 [11]유전자에 대해서만 DNA 전사의 필요성을 우회할 것이다.이것은 전사가 보통 따라오는 DNA의 방향에 배타적이지 않다는 것을 의미하며, 외인성 DNA가 게놈에 전사될 수 있게 한다. srfA는 열린 판독 프레임인 comS와 결합된다.이 판독 프레임이 표현되면 전사인자 ComK가 활성화됩니다.ComK가 활성화되면 자연역량에 필요한 모든 성분을 코드하는 유전자의 전사가 시작된다.srfA와 comS의 표현은 역량 규제의 다른 단계를 나타냅니다.srfA가 없으면 comS를 표현할 수 없습니다.comS의 발현 없이는 외인성 DNA를 수용하고 통합하는데 필요한 세포성분의 전사 및 후속 번역을 [11]할 수 없다.

COM 블로커

S. 폐렴에서 능력은 필수 ATP 생산인 양성자 원동력을 교란시키는 COM 차단제의 메커니즘을 통해 차단될 수 있다.COM 차단제는 루시페라아제의 활성을 저해하는 화합물이며, COM 차단제의 두 예인 PROG와 TCL은 내부 pH를 감소시켜 세포 내 칼륨 수치를 감소시킨다.PIM은 내부 pH를 변경하지 않지만 K+[7]의 도입에는 영향을 줍니다.

혜택들

디옥시뉴클레오티드로 구성된 DNA는 편리한 영양 공급원이 될 수 있고, 만약 세포 자신의 게놈에 통합되지 않는다면 세포 복제를 위해 필요한 물질을 제공할 수 있다.세포가 흡수하는 DNA의 대부분은 사실 게놈에 통합되지 않고 분해되고 용도 [10]변경된다.환경 DNA를 더 쉽게 흡수하는 유능한 세포들은 이것으로부터 큰 혜택을 받을 수 있다.

만약 성공적으로 변형된다면, 박테리아는 통합된 DNA로부터 진화적인 이점을 얻을 수 있는데, 이는 더 나은 생존성을 야기하는 돌연변이와 유전자가 이러한 방식으로 공유될 수 있기 때문이다.

유능한 세포에 의한 DNA의 흡수는 Sulfolobus [12]spp에서 특별히 관찰된 재조합용 템플릿을 만들어 DNA 수복에 기여할 수 있다.

레퍼런스

  1. ^ Solomon, J M (1995). "Convergent sensing pathways mediate response to two extracellular competence factors in Bacillus subtilis". Genes & Development. 9 (5): 547–558. doi:10.1101/gad.9.5.547. PMID 7698645. S2CID 44915091. Retrieved 8 November 2022.
  2. ^ White, David (December 2, 2011). The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes (4th ed.). New York: Oxford University Press. pp. 568–71. ISBN 978-0195393040.
  3. ^ Domenech, Arnau (8 April 2020). "Proton Motive Force Disruptors Block Bacterial Competence and Horizontal Gene Transfer". Cell Host & Microbe. 27 (4): 544–555. doi:10.1016/j.chom.2020.02.002. PMID 32130952. S2CID 212418162.
  4. ^ White, David (2012). The physiology and biochemistry of prokaryotes. James Drummond, Clay Fuqua (4th ed.). New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-539304-0. OCLC 752472552.
  5. ^ a b c Molecular genetics of bacteria. Larry Snyder, Larry Snyder (4th ed.). Washington, DC: ASM Press. 2013. ISBN 978-1-55581-627-8. OCLC 799010630.{{cite book}}: CS1 유지보수: 기타 (링크)
  6. ^ a b Moreno-Gámez, Stefany (11 October 2017). "Quorum sensing integrates environmental cues, cell density and cell history to control bacterial competence". Nature Communications. 8 (1): 854. Bibcode:2017NatCo...8..854M. doi:10.1038/s41467-017-00903-y. PMC 5636887. PMID 29021534.
  7. ^ a b Domenech, Arnau; Brochado, Ana Rita; Sender, Vicky; Hentrich, Karina; Henriques-Normark, Birgitta; Typas, Athanasios; Veening, Jan-Willem (2020-04-08). "Proton Motive Force Disruptors Block Bacterial Competence and Horizontal Gene Transfer". Cell Host & Microbe. 27 (4): 544–555.e3. doi:10.1016/j.chom.2020.02.002. ISSN 1931-3128. PMID 32130952. S2CID 212418162.
  8. ^ Golz, Julia C (21 September 2021). ""Take It or Leave It"—Factors Regulating Competence Development and DNA Uptake in Campylobacter jejuni". International Journal of Molecular Sciences. 22 (18): 10169. doi:10.3390/ijms221810169. PMC 8468864. PMID 34576332.
  9. ^ Dubnau, D (1991). "Genetic competence in Bacillus subtilis". Microbiological Reviews. 55 (3): 395–424. doi:10.1128/mr.55.3.395-424.1991. ISSN 0146-0749. PMC 372826. PMID 1943994.
  10. ^ a b Mell, Joshua Chang; Redfield, Rosemary J. (2014). "Natural Competence and the Evolution of DNA Uptake Specificity". Journal of Bacteriology. 196 (8): 1471–1483. doi:10.1128/JB.01293-13. ISSN 0021-9193. PMC 3993363. PMID 24488316.
  11. ^ a b Solomon, J M (1995). "Convergent sensing pathways mediate response to two extracellular competence factors in Bacillus subtilis". Genes & Development. 9 (5): 547–558. doi:10.1101/gad.9.5.547. PMID 7698645. S2CID 44915091. Retrieved 8 November 2022.
  12. ^ Wagner, Alexander; Whitaker, Rachel J.; Krause, David J.; Heilers, Jan-Hendrik; van Wolferen, Marleen; van der Does, Chris; Albers, Sonja-Verena (2017). "Mechanisms of gene flow in archaea". Nature Reviews Microbiology. 15 (8): 492–501. doi:10.1038/nrmicro.2017.41. ISSN 1740-1534. PMID 28502981. S2CID 10292596.