Раскрытие последовательностей ДНК, переносимых мембранными везикулами Streptomyces coelicolor

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16651 (2022 г.) Цитировать эту статью

1233 Доступа

2 цитаты

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Мембранные везикулы (МВ) представляют собой сферические частицы наноразмерных размеров, характеризующиеся наличием разнообразных грузов, таких как нуклеиновые кислоты, белки, липиды и клеточные метаболиты. В литературе описано множество примеров (микро)организмов, продуцирующих МВ. Среди них особый интерес представляют бактериальные МВ, поскольку в настоящее время они рассматриваются как четвертый механизм горизонтального переноса генов. Бактерии Streptomyces хорошо известны своей экологической ролью и способностью синтезировать биологически активные соединения, при этом Streptomyces coelicolor является модельным организмом. Ранее было продемонстрировано, что он может производить отдельные популяции MV, характеризующиеся различными белками и метаболитами. В этой работе мы впервые продемонстрировали, что МВ S. coelicolor несут как ДНК, так и РНК и что их ДНК-содержимое представляет всю хромосому бактерии. Эти результаты позволяют предположить, что ДНК MV может играть роль в эволюции геномов Streptomyces и что MV могут быть использованы в стратегиях инженерии новых штаммов.

Бактериальные мембранные везикулы (МВ) представляют собой сферические и мембранные частицы нанометрового диаметра, и их груз включает в себя различные макромолекулы, такие как нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), липиды и белки (т. е. ферменты и токсины), а также небольшие молекулы, такие как клеточные метаболиты, сигналы и биоактивные молекулы (например, антибиотики)1,2,3,4. Высвобождение MV может способствовать многим биологическим функциям, таким как поглощение питательных веществ, конкуренция, выживание, реакция на стресс, межклеточная коммуникация и горизонтальный перенос генов (HGT)1,3,5. В контексте HGT, который признан одной из основных сил, управляющих формированием генов и геномов и их эволюцией6, MV могут играть (очень) важную роль. Основными изученными механизмами ГПГ у прокариот являются трансформация, конъюгация и трансдукция6,7. Однако в последние годы МВ стали рассматривать как четвертый механизм ГГТ, называемый везидукцией5,8,9,10. Действительно, различные типы генетического материала, такие как хромосомная, плазмидная и/или фаговая ДНК, вместе с мРНК, мРНК и микроРНК, были обнаружены внутри МВ или в ассоциации с их мембраной5,8,9,11. Возникновение ГГТ, опосредованного МВ, наблюдалось во многих исследованиях: например, Klieve et al.12 впервые продемонстрировали ассоциацию ДНК с МВ, высвобождаемыми грамположительными бактериями, принадлежащими к роду Ruminococcus, и способность этих МВ для восстановления специфической метаболической активности у мутантных штаммов12. Более того, сообщалось, что MV переносят плазмиды между различными штаммами 13,14 и груз ДНК в эукариотические клетки-хозяева 15.

Кроме того, внеклеточная ДНК (эДНК) является важным компонентом матрикса бактериальной биопленки, обеспечивающим адгезию клеток на ранних стадиях формирования биопленки. В планктонных клетках Streptococcus mutans эДНК высвобождается также независимым от лизиса способом с участием МВ. Таким образом, эДНК в МВ планктонных культур может играть определенную роль на ранней стадии формирования биопленок, способствуя бактериальной колонизации. Более того, сообщается, что эДНК МВ влияет на структурную целостность и стабильность биопленки16.

Лишь 4% исследований прокариотических мембранных везикул, проведенных в период с 1972 по 2021 гг., касаются МВ грамположительных бактерий17: действительно, долгое время предполагалось, что грамположительные бактерии не могут образовывать везикулы из-за отсутствия внешней оболочки. мембранный слой и наличие толстых клеточных стенок1. В последние годы грамположительные МВ привлекли больше внимания, и их высвобождение было продемонстрировано как в патогенных, так и в непатогенных штаммах, таких как Staphylococcus spp., Bacillus spp., Lactobacillus spp. и Streptomyces spp.4,18,19. 20,21.

Streptomyces — род нитчатых грамположительных бактерий, повсеместно распространенных в наземной и морской среде, где они могут жить в симбиозе, например, с растениями, грибами, насекомыми и губками22: адаптация к столь разнообразным экологическим нишам и взаимодействие с другими ( микроорганизмов привели к своеобразному химическому разнообразию их биоактивных метаболитов, производство которых регулируется сложной сетью сигналов окружающей среды, таких как нехватка питательных веществ и присутствие конкурентов22,23,24. Стрептомицеты имеют сложный жизненный цикл, поскольку мицелий колонии состоит из разных типов клеток (т. е. вегетативных гиф, воздушных гиф и спор) и даже из разных субпопуляций: действительно, колонии Streptomyces недавно были описаны как сходные с колониями социальных насекомых. с разделением труда из-за присутствия субпопуляций мутантных клеток, которые характеризуются делециями и/или амплификациями в плечах их линейных хромосом и которые гиперпродуцируют антибиотики за счет собственной приспособленности25,26.