Микобактерия смегматис
| Микобактерия смегматис | |
|---|---|
 | |
Научная классификация  | |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Актиномицетота |
| Сорт: | Актиномицетия |
| Заказ: | Микобактерии |
| Семья: | Микобактерии |
| Род: | Микобактерия |
| Разновидность: | М. смегматис |
| Биномиальное имя | |
| Микобактерия смегматис (Тревизан, 1889 г.) Леманн и Нойман 1899 г. | |
Mycobacterium smegmatis — кислотоустойчивый бактерий вид типа Actinomycetota и рода Mycobacterium . Он имеет длину от 3,0 до 5,0 мкм, имеет форму бациллы и может быть окрашен методом Циля-Нильсена и флуоресцентным методом аурамин-родамина. Впервые о нем сообщил в ноябре 1884 года Люстгартен, обнаруживший бациллу с окраской, напоминающей туберкулезную палочку в сифилитических шанкрах . Вслед за этим Альварес и Тавель обнаружили организмы, подобные описанному Люстгартеном, также и в нормальных половых выделениях ( смегме ). Этот организм позже был назван M. smegmatis . [1]
Некоторые виды рода Mycobacterium недавно были переименованы в Mycolicibacterium , так что M. smegmatis теперь называется Mycolicibacterium smegmatis . [2] [3]
M. smegmatis , который ранее считался неподвижным организмом, использует скользящий механизм, который позволяет ему перемещаться по окружающей среде. Хенрихсен [4] определяет его как «своего рода поверхностную транслокацию, вызываемую расширяющими силами в растущей культуре в сочетании с особыми поверхностными свойствами клеток, приводящими к уменьшению трения между клеткой и субстратом». По сути, бактерии образуют однослойный лист и способны медленно перемещаться вместе без использования каких-либо внеклеточных структур, таких как жгутики или пили. Хотя точно не установлено, как работает этот механизм, было обнаружено, что поверхностные свойства уникальной клеточной стенки (рис. 1) M. smegmatis играют определенную роль. Например, эта способность к скольжению коррелирует с наличием гликопептидолипидов (ГПЛ) на внешней части клеточной стенки. GPL представляют собой амфифильные молекулы, которые потенциально могут уменьшить взаимодействие с поверхностью или создать кондиционирующую пленку, обеспечивающую движение. Хотя точная роль GPL в скольжении неизвестна, без них M. smegmatis не обладает способностью к перемещению. [5]
Вирулентность
[ редактировать ]M. smegmatis обычно считается непатогенным микроорганизмом; однако в некоторых очень редких случаях это может вызвать заболевание. [6]
Использование в исследованиях
[ редактировать ]Mycobacterium smegmatis полезна для исследовательского анализа других видов микобактерий в лабораторных экспериментах. M. smegmatis обычно используется в работе с родом Mycobacterium, поскольку он «быстро растет» и непатогенен. M. smegmatis представляет собой простую модель, с которой легко работать, т. е. с быстрым временем удвоения и требует только лаборатории уровня биобезопасности 1. Время и тяжелая инфраструктура, необходимые для работы с патогенными видами, побудили исследователей использовать M. smegmatis в качестве модели для видов микобактерий. [ нужна ссылка ]
Mycobacterium smegmatis имеет ту же своеобразную структуру клеточной стенки, что и M.tuberculosis и другие виды микобактерий. [7] Он также способен аэробно окислять угарный газ, как и M.tuberculosis. [ нужна ссылка ]
Системы бактериальной секреции представляют собой специализированные белковые комплексы и пути, которые позволяют бактериальным патогенам секретировать белки через клеточные мембраны и, в конечном итоге, проникать в клетки-хозяева. Эти эффекторные белки являются важными факторами вирулентности, которые позволяют возбудителю выживать внутри хозяина. Существует много различных типов специфических систем секреции, и M.tuberculosis имеет систему секреции белка Snm (секреция в микобактериях). Хотя система секреции Snm является ключевой в определении вирулентности M.tuberculosis , все микобактерии имеют гены, кодирующие компоненты этой системы. Эта область генома называется локусом RD1. M. smegmatis обычно используется для изучения секреции Snm из-за его генетического сходства и функций, аналогичных M. Tuberculosis , а также простоты выращивания в лаборатории. Одним из примеров того, как это можно применить в исследованиях, является идентификация генных продуктов, необходимых для секреции Snm. Путем нокаута генов в локусе RD1 M. smegmatis и проверки эффективности секреции Snm до и после нокаута гена можно идентифицировать специфические гены, необходимые для секреции Snm. Эти результаты могут быть применены к системе секреции Snm М. туберкулез . [8]
Mycobacterium smegmatis легко культивируется в большинстве синтетических или сложных лабораторных сред, где они могут образовывать видимые колонии через 3–5 дней. Эти свойства делают его очень привлекательным модельным организмом для M.tuberculosis и других микобактериальных патогенов. М. смегматис MC 2 155 также используется для культивирования микобактериофагов . [ нужна ссылка ]
Производство электроэнергии
[ редактировать ]Известно, что, как и многие другие бактерии, M. smegmatis использует следовые количества водорода в атмосфере в качестве источника энергии. В 2023 году исследователи сообщили об извлечении из M. smegmatis гидрогеназы электрический под названием Huc , которая очень эффективно окисляет газообразный водород — и, таким образом, создает ток — и при этом нечувствительна к присутствию кислорода , который обычно препятствует катализу . [9] Это открытие открывает значительный потенциал для зеленой энергетики . [ нужна ссылка ]
Генетика и геномика
[ редактировать ]Геномы нескольких штаммов M. smegmatis были секвенированы TIGR и другими лабораториями, включая «дикий тип» (mc 2 155) и некоторые штаммы, устойчивые к антибиотикам (4XR1/R2). [10] Геном штамма mc 2 155 имеет длину ~6,9 Мбит и кодирует ~6400 белков. [11] что относительно велико для бактерий (для сравнения: геном кишечной палочки кодирует около 4000 белков).
Этот вид имеет более 2000 гомологичных генов с M.tuberculosis и, таким образом, является хорошим модельным организмом для изучения микобактерий в целом и высокопатогенного M.tuberculosis в частности; однако только 12 из 19 генов вирулентности M. Tuberculosis имеют гомологи M. smegmatis . [12] [13] [14] [15]
Открытие плазмид , фагов и мобильных генетических элементов позволило создать специальные системы генной инактивации и генные репортерные системы. М. smegmatis mc 2 Штамм 155 является гипертрансформируемым и в настоящее время является рабочей лошадкой микобактериальной генетики. [ нужна ссылка ]
Трансформация
[ редактировать ]Трансформация — это процесс, при котором бактериальная клетка поглощает ДНК, выпущенную другой клеткой в окружающую среду, а затем включает эту ДНК в свой собственный геном путем гомологичной рекомбинации (см. Трансформация (генетика) ). Штаммы M. smegmatis , обладающие особенно эффективным механизмом репарации ДНК, о чем свидетельствует их большая устойчивость к повреждающему ДНК воздействию таких агентов, как УФ и митомицин С, оказались наиболее способными к трансформации. [16] Это позволяет предположить, что трансформация у M. smegmatis представляет собой процесс репарации ДНК, предположительно рекомбинационный процесс репарации, как и у других видов бактерий. [17]
Спряжение
[ редактировать ]Супружеский перенос ДНК у M. smegmatis требует стабильного и продолжительного контакта между донором и штаммом-реципиентом, устойчив к ДНКазе, а перенесенная ДНК включается в хромосому реципиента путем гомологичной рекомбинации. Однако, в отличие от хорошо известной системы конъюгации Hfr E. coli , у M. smegmatis все участки хромосомы переносятся с сопоставимой эффективностью, и микобактериальная конъюгация осуществляется на основе хромосом, а не плазмид. Грей и др. [18] сообщили о существенном смешении родительских геномов в результате конъюгации и назвали это смешение напоминающим то, что наблюдается в мейотических продуктах полового размножения (см. « Происхождение полового размножения »). [ нужна ссылка ]
восстановление ДНК
[ редактировать ]Mycobacterium smegmatis использует пути восстановления ДНК, чтобы противостоять повреждению ДНК. Двухцепочечные разрывы особенно угрожают жизнеспособности бактерий. У M. smegmatis есть три варианта восстановления двухцепочечных разрывов; гомологичная рекомбинация (HR), негомологическое соединение концов (NHEJ) и одноцепочечный отжиг (SSA) . [19] Путь HR M. smegmatis является основным фактором, определяющим устойчивость к ионизирующей радиации и окислительному повреждению ДНК. Этот путь включает обмен информацией между поврежденной хромосомой и другой гомологичной хромосомой в той же клетке. Это зависит от белка RecA, катализирующего обмен цепей, и белка ADN, действующего как пресинаптическая нуклеаза. [19] ЧСС представляет собой точный процесс восстановления и является предпочтительным путем во время логарифмического роста. [20]
Путь NHEJ для восстановления двухцепочечных разрывов включает воссоединение разорванных концов. Он не зависит от второй гомологичной хромосомы. Для этого пути необходим белок Ku и специализированная полифункциональная АТФ-зависимая ДНК-лигаза (лигаза D). [21] NHEJ эффективен, но неточен. Запечатывание тупых концов ДНК внутри функциональной последовательности гена происходит с частотой мутаций около 50%. [21] NHEJ является предпочтительным путем во время стационарной фазы и защищает M. smegmatis от вредного воздействия высыхания. [20]
SSA используется в качестве пути восстановления, когда возникает двухцепочечный разрыв между прямыми повторяющимися последовательностями в ДНК. SSA включает однонитевую резекцию, отжиг повторов, удаление лоскута, заполнение пробелов и лигирование. У M. smegmatis путь SSA зависит от хеликазо-нуклеазы RecBCD. [19]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гордон Р.Э., Смит М.М. (июль 1953 г.). «Быстрорастущие кислотоустойчивые бактерии. I. Видовые описания Mycobacterium phlei Lehmann and Neumann и Mycobacterium smegmatis (Trevisan) Lehmann and Neumann» . Журнал бактериологии . 66 (1): 41–8. дои : 10.1128/jb.66.1.41-48.1953 . ПМЦ 357089 . ПМИД 13069464 .
- ^ Гупта Р.С., Ло Б., Сон Дж. (2018). «Филогеномика и сравнительные геномные исследования убедительно подтверждают разделение рода Mycobacterium на расширенный род Mycobacterium и четыре новых рода» . Границы микробиологии . 9:67 . дои : 10.3389/fmicb.2018.00067 . ПМК 5819568 . ПМИД 29497402 .
- ^ таксономия. «Таксономический браузер (Mycolicibacterium smegmatis)» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 16 июня 2021 г.
- ^ Хенрихсен, Дж (1 декабря 1972 г.). «Бактериальная поверхностная транслокация: обзор и классификация» . Бактериологические обзоры . 36 (4): 478–503. дои : 10.1128/бр.36.4.478-503.1972 . ISSN 0005-3678 . ПМК 408329 . ПМИД 4631369 .
- ^ Мартинес, Асунсьон; Торелло, Сандра; Колтер, Роберто (1 декабря 1999 г.). «Скользящая подвижность микобактерий» . Журнал бактериологии . 181 (23): 7331–7338. дои : 10.1128/JB.181.23.7331-7338.1999 . ISSN 0021-9193 . ПМЦ 103697 . ПМИД 10572138 .
- ^ Рейрат Дж. М., Кан Д. (октябрь 2001 г.). «Mycobacterium smegmatis: абсурдная модель туберкулеза?». Тенденции в микробиологии . 9 (10): 472–474. дои : 10.1016/S0966-842X(01)02168-0 . ПМИД 11597444 .
- ^ Кинг GM (декабрь 2003 г.). «Поглощение микобактериями окиси углерода и водорода в экологически значимых концентрациях» . Прикладная и экологическая микробиология . 69 (12): 7266–7272. дои : 10.1128/aem.69.12.7266-7272.2003 . ПМК 310020 . ПМИД 14660375 .
- ^ Конверс, Скотт Э.; Кокс, Джеффри С. (15 февраля 2005 г.). «Путь секреции белка, критический для вирулентности микобактерии туберкулеза, консервативен и функционален в Mycobacterium smegmatis» . Журнал бактериологии . 187 (4): 1238–1245. дои : 10.1128/JB.187.4.1238-1245.2005 . ISSN 0021-9193 . ПМК 545616 . ПМИД 15687187 .
- ^ Гринтер, Р.; Кропп, А.; Венугопал; и др. (2023). «Структурные основы бактериального извлечения энергии из атмосферного водорода» . Природа . 615 (7952): 541–547. дои : 10.1038/s41586-023-05781-7 . ПМЦ 10017518 .
- ^ Мохан А., Падиадпу Дж., Балони П., Чандра Н. (февраль 2015 г.). «Полные последовательности генома лабораторного штамма Mycobacterium smegmatis (MC2 155) и устойчивых к изониазиду (4XR1/R2) мутантных штаммов» . Геномные объявления . 3 (1). doi : 10.1128/genomeA.01520-14 . ПМЦ 4319614 . ПМИД 25657281 .
- ^ «Mycolicibacterium smegmatis (ID 1026) – Геном – NCBI» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 16 июня 2021 г.
- ^ Рейра, Жан-Марк; Кан, Дэниел (октябрь 2001 г.). «Mycobacterium smegmatis: абсурдная модель туберкулеза?». Тенденции в микробиологии . 9 (10): 472–473. дои : 10.1016/S0966-842X(01)02168-0 .
- ^ Камачо, Луис Рейнальдо; Энсерге, Даниэль; Перес, Эстер; Жикель, Бриджит; Гийо, Кристоф (октябрь 1999 г.). «Идентификация кластера генов вирулентности микобактерии туберкулеза путем мутагенеза транспозонов с сигнатурными метками» . Молекулярная микробиология . 34 (2): 257–267. дои : 10.1046/j.1365-2958.1999.01593.x .
- ^ Гликман, Майкл С; Кокс, Джеффри С; Джейкобс, Уильям Р. (апрель 2000 г.). «Новая циклопропансинтетаза миколевой кислоты необходима для связывания, устойчивости и вирулентности микобактерий туберкулеза» . Молекулярная клетка . 5 (4): 717–727. дои : 10.1016/s1097-2765(00)80250-6 .
- ^ Берте, Франсуа-Ксавье; Лаграндери, Мишлин; Гунон, Пьер; Лоран-Винтер, Кристина; Энсерге, Даниэль; Шаваро, Пьер; Турон, Франсуаза; Маранги, Эдди; Пеличич, Владимир; Портной, Денис; Маршаль, Жиль; Жикель, Бриджит (23 октября 1998 г.). «Ослабление вирулентности путем разрушения гена erp микобактерии туберкулеза». Наука . 282 (5389): 759–762. дои : 10.1126/science.282.5389.759 .
- ^ Норгард М.В., Имаэда Т. (март 1978 г.). «Физиологические факторы, участвующие в трансформации Mycobacterium smegmatis» . Журнал бактериологии . 133 (3): 1254–62. дои : 10.1128/jb.133.3.1254-1262.1978 . ПМК 222159 . ПМИД 641008 .
- ^ Мишод Р.Э., Бернштейн Х., Недельку А.М. (май 2008 г.). «Адаптационное значение пола у микробных патогенов». Инфекция, генетика и эволюция . 8 (3): 267–85. дои : 10.1016/j.meegid.2008.01.002 . ПМИД 18295550 .
- ^ Грей Т.А., Кривой Дж.А., Гарольд Дж., Палумбо М.Дж., Дербишир К.М. (июль 2013 г.). «Дистрибутивный супружеский перенос у микобактерий приводит к образованию потомства с мейотоподобным мозаицизмом по всему геному, что позволяет картировать локус идентичности спаривания» . ПЛОС Биология . 11 (7): e1001602. дои : 10.1371/journal.pbio.1001602 . ПМК 3706393 . ПМИД 23874149 .
- ^ Jump up to: а б с Гупта Р., Баркан Д., Редельман-Сиди Г., Шуман С., Гликман М.С. (январь 2011 г.). «Микобактерии используют три генетически различных пути восстановления двухцепочечных разрывов ДНК» . Молекулярная микробиология . 79 (2): 316–30. дои : 10.1111/j.1365-2958.2010.07463.x . ПМЦ 3812669 . ПМИД 21219454 .
- ^ Jump up to: а б Питчер Р.С., Грин А.Дж., Бжостек А., Корицка-Мачала М., Дзядек Дж., Доэрти А.Дж. (сентябрь 2007 г.). «NHEJ защищает микобактерии в стационарной фазе от вредного воздействия высыхания» (PDF) . Восстановление ДНК . 6 (9): 1271–6. дои : 10.1016/j.dnarep.2007.02.009 . ПМИД 17360246 .
- ^ Jump up to: а б Гонг С., Бонджорно П., Мартинс А., Стефану Н.К., Чжу Х., Шуман С., Гликман М.С. (апрель 2005 г.). «Механизм негомологичного соединения концов у микобактерий: система восстановления с низкой точностью, управляемая Ku, лигазой D и лигазой C». Структурная и молекулярная биология природы . 12 (4): 304–12. дои : 10.1038/nsmb915 . ПМИД 15778718 . S2CID 6879518 .