Блог

Jun 03, 2024

д

Nature Microbiology, том 8, страницы 1549–1560 (2023) Цитировать эту статью 4936 Доступов 1 Цитирований 77 Подробности об альтметрических метриках Чтобы исследовать выгодные ниши, избегая при этом угроз, многие бактерии используют

Природная микробиология, том 8, страницы 1549–1560 (2023 г.) Процитировать эту статью

4936 Доступов

1 Цитаты

77 Альтметрика

Подробности о метриках

Чтобы исследовать выгодные ниши, избегая при этом угроз, многие бактерии используют систему навигации по хемотаксису. Несмотря на десятилетия исследований хемотаксиса, большинство сигнальных и сенсорных белков до сих пор неизвестны. Многие виды бактерий выделяют d-аминокислоты в окружающую среду; однако их функция остается в значительной степени непризнанной. Здесь мы обнаруживаем, что d-аргинин и d-лизин являются хемотаксическими репеллентными сигналами для возбудителя холеры Vibrio cholerae. Эти d-аминокислоты воспринимаются одним хеморецептором MCPDRK, котранскрибируемым с ферментом рацемазой, который синтезирует их под контролем сигма-фактора стрессовой реакции RpoS. Структурная характеристика этого хеморецептора, связанного либо с d-аргинином, либо с d-лизином, позволила нам точно определить остатки, определяющие его специфичность. Интересно, что специфичность этих d-аминокислот, по-видимому, ограничена теми ортологами MCPDRK, транскрипционно связанными с рацемазой. Наши результаты показывают, что d-аминокислоты могут формировать биоразнообразие и структуру сложных микробных сообществ в неблагоприятных условиях.

Большинство бактерий могут чувствовать и реагировать на самые разные сигналы, чтобы процветать в меняющейся среде. Одной из таких адаптивных реакций является хемотаксис, с помощью которого подвижные бактерии отслеживают изменения локальных концентраций определенных веществ и инициируют сигнальный каскад, который со временем смещает движение бактерий в сторону благоприятных условий (например, питательных веществ) или в сторону от токсичных соединений1.

Несмотря на существование видоспецифичных компонентов, ядро ​​сигнального пути хемотаксиса состоит из хеморецепторов, известных как метил-принимающие белки хемотаксиса (MCP), адапторного белка CheW, гистидинкиназы CheA и регулятора ответа CheY. У некоторых видов, таких как Escherichia coli, MCP образуют стабильный тройной сенсорный комплекс с CheW и CheA, который обычно группируется на полюсах клеток. При связывании лиганда или других возмущениях окружающей среды MCP меняют конформацию и модулируют активность киназы CheA с помощью CheW. CheA, в свою очередь, фосфорилирует CheY, тем самым позволяя ему связываться с жгутиковым мотором, вызывая вращение по часовой стрелке и, таким образом, переворачивание клеток2,3. Чтобы обеспечить быстрый ответ на хемотаксические стимулы, фосфорилирование CheY может контролироваться специфической фосфатазой4. Хотя основные компоненты передачи сигналов хемотаксиса высоко консервативны среди бактерий и архей, количество и тип хеморецепторов сильно варьируют между видами, и их специфичность остается в значительной степени нехарактерной5,6,7.

По сравнению с E. coli, которая имеет одну хемосенсорную систему и 5 MCP, факультативный возбудитель Vibrio cholerae имеет очень сложную систему хемотаксиса, организованную в три набора хемосенсорных путей (системы Che I/F9, II/F6 и III/F7) и не менее 45 хеморецепторов8. До сих пор было продемонстрировано, что только система II/F6 контролирует моторику9, в то время как функция остальных остается неясной. Было высказано предположение, что большое количество MCP отражает сложность жизненного цикла V. cholerae10; однако, за исключением нескольких входных сигналов (например, L-аминокислот11, таурина12, кислорода13), практически нет информации о лигандной специфичности большинства MCP.

V. cholerae высвобождает миллимолярные концентрации различных d-аминокислот (DAA) в окружающую среду14,15 (рис. 1a). ПППД производятся из их аналогов L-аминокислот (LAA) с помощью рацемазы широкого спектра действия BsrV, которая консервативна у многих видов бактерий14. Эти молекулы регулируют различные клеточные процессы (например, биогенез клеточной стенки16,17, целостность биопленки18,19,20,21, прорастание спор22 или взаимодействие между бактериями15), но в целом физиологическая роль внеклеточных DAA в основном зависит от каждого конкретного d- тип аминокислот и вид бактерий. Известно, что у V. cholerae d-Met и d-Leu модулируют биогенез клеточной стенки, но функция других ПППД неясна.