Блог

May 09, 2023

Комплексная регуляция компетентности Staphylococcus aureus в микроаэробных условиях.

Том коммуникативной биологии

Биология связи, том 6, Номер статьи: 512 (2023) Цитировать эту статью

399 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Чтобы осуществить естественную трансформацию, один из трех основных механизмов горизонтального переноса генов, бактериям необходимо войти в физиологическое дифференцированное состояние, называемое генетической компетентностью. Интересно, что часто обнаруживаются новые бактерии, обладающие такой способностью, и одной из последних является человеческий патоген Staphylococcus aureus.

Здесь мы показываем оптимизированный протокол, основанный на культурах планктонных клеток, который приводит к тому, что большой процент населения активирует развитие компетентности и значительно повышает эффективность естественной трансформации S. aureus. Воспользовавшись этими условиями, мы проводим транскриптомный анализ, чтобы охарактеризовать регулон каждого центрального регулятора компетентности. SigH и ComK1 необходимы для активации генов естественной трансформации, но также важны для активации или подавления периферических функций. Несмотря на то, что ComK2 не важен для контроля генов трансформации, его регулон обнаруживает важное перекрытие с таковым SigH и ComK1. Наконец, мы предполагаем, что микроаэробные условия, распознаваемые двухкомпонентной системой SrrAB, являются ключом к активации компетентности S. aureus.

Комменсальный организм с высокой адаптивностью, такой как Staphylococcus aureus, обладает набором генов, которые позволяют бактерии расти, заражать и выживать в самых разных экологических нишах. Передние ноздри обычно считаются естественной экологической нишей S. aureus, хотя бактерию можно выделить и из других участков человеческого тела, включая кожу, подмышки, пах и желудочно-кишечный тракт1. Хотя колонизация обычно не приносит вреда, S. aureus может нарушить врожденную защиту хозяина и получить доступ к более глубоким тканям, вызывая различные поверхностные и инвазивные инфекции2. Более того, будучи факультативным анаэробом, S. aureus обладает способностью расти и нарушать иммунную систему хозяина в присутствии или в отсутствие кислорода. Эта способность особенно важна для S. aureus, поскольку известно, что его окружающая среда в ходе инфекции становится анаэробной или становится анаэробной3,4.

В дополнение к этим замечательным адаптивным способностям, S. aureus также стал одним из наиболее опасных патогенов в больницах из-за широкого распространения штаммов с множественной устойчивостью к антибиотикам5,6. Горизонтальный перенос генов (HGT) генов устойчивости к антибиотикам из других штаммов S. aureus или даже из других родов в течение многих лет опосредовался исключительно посредством конъюгации и трансдукции7. Однако несколько лет назад демонстрация того, что S. aureus способен стать естественным образом способным к генетической трансформации8, изменила наш взгляд на HGT в этом важном патогене человека.

Компетентность — это физиологическая адаптация, которую некоторые виды бактерий развивают в ответ на различные сигналы окружающей среды9. В ответ на эти стимулы бактериальные клетки запускают пути передачи сигнала, в конечном итоге активируя центральные регуляторы компетентности. Все эти шаги контролируются так называемыми генами ранней компетентности. Интересно, что центральные регуляторы компетентности были идентифицированы у нескольких модельных организмов как активаторы транскрипции10,11 или альтернативные сигма-факторы12. После активации они инициируют экспрессию генов поздней компетентности, среди которых обнаруживаются все гены, необходимые для генетической трансформации.

Важно отметить, что у S. aureus идентифицированы три потенциальных центральных регулятора компетентности: альтернативный сигма-фактор, SigH13, и два регулятора транскрипции, ComK1 и ComK214. Кроме того, было показано, что S. aureus способен естественным образом вызывать компетентность в химически определенной среде, называемой CS28. Авторы обнаружили максимум 1,6% клеток, индуцирующих компетентность, после 8 часов роста в среде CS2, что привело к эффективности трансформации, которая едва достигла предела обнаружения (около 10-10) для штамма дикого типа8.