Микобактерия смегматис
Виды бактерий

Микобактерия смегматис
Научная классификация Редактировать эту классификацию
Домен:Бактерии
Тип:Актиномицеты
Сорт:Актиномицеты
Заказ:Микобактерии
Семья:Микобактерии
Род:Микобактерии
Разновидность:
М. смегматис
Биномиальное имя
Микобактерия смегматис
(Тревизан, 1889 г.)
Леманн и Нейман, 1899 г.

Mycobacterium smegmatis — кислотоустойчивый вид бактерий из типа Actinomycetota и рода Mycobacterium . Длина этого вида составляет от 3,0 до 5,0 мкм, он имеет форму палочки и может быть окрашен методом Циля–Нильсена и флуоресцентным методом аурамина-родамина. Впервые он был описан в ноябре 1884 года, когда в сифилитических шанкрах была обнаружена палочка с окрашивающим внешним видом туберкулезной палочки. После этого Альварес и Тавель обнаружили организмы, похожие на описанные Люстгартеном, также в нормальных генитальных 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 механизм скольжения, который позволяет ему перемещаться по окружающей среде. Хенрихсен [4] определяет его как «вид поверхностной транслокации, производимой экспансивными силами в растущей культуре в сочетании с особыми поверхностными свойствами клеток, что приводит к снижению 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 (рисунок 1) M. smegmatis играют определенную роль. Например, эта способность скольжения коррелирует с наличием гликопептидолипидов (GPL) на самой внешней части клеточной стенки. GPL — это амфифильные молекулы, которые потенциально могут уменьшать поверхностные взаимодействия или создавать кондиционирующую пленку, которая допускает движение. Хотя точная роль GPL в скольжении неизвестна, без них M. smegmatis не имеет возможности перемещаться. [5]

Бляшки от вируса , выделенного из компостной кучи около Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе . Бактерия — M. smegmatis

Вирулентность

M. smegmatis обычно считается непатогенным микроорганизмом; однако в некоторых очень редких случаях он может вызывать заболевание. [6]

Генетика и геномика

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). [7] Геном штамма mc 2 155 имеет длину ~6,9 Мб и кодирует ~6400 белков [8] , что относительно много для бактерий (для сравнения, геном E. coli кодирует около 4000 белков).

Этот вид имеет более 2000 общих гомологичных генов с M. tuberculosis и, таким образом, является хорошим модельным организмом для изучения микобактерий в целом и высокопатогенных M. tuberculosis в частности; однако, только 12 из 19 генов вирулентности M. tuberculosis имеют гомологи в M. smegmatis . [9] [10] [11] [12]

Открытие плазмид , фагов и мобильных генетических элементов позволило создать специализированные системы инактивации генов и репортеров генов. Штамм M. smegmatis mc 2 155 является гипертрансформируемым и в настоящее время является рабочей лошадкой генетики микобактерий. [ необходима цитата ]

Трансформация

Трансформация — это процесс, при котором бактериальная клетка поглощает ДНК, которая была высвобождаема другой клеткой в ​​окружающую среду, а затем включает эту ДНК в свой собственный геном путем гомологичной рекомбинации (см. Трансформация (генетика) ). Штаммы M. smegmatis , которые имеют особенно эффективный аппарат репарации ДНК, на что указывает их большая устойчивость к повреждающему ДНК воздействию таких агентов, как УФ и митомицин С, оказались наиболее способными к трансформации. [13] Это говорит о том, что трансформация в M. smegmatis — это процесс репарации ДНК, предположительно рекомбинационный процесс репарации, как и у других видов бактерий. [14]

Спряжение

Конъюгационный перенос ДНК в 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 , в M. smegmatis все регионы хромосомы переносятся с сопоставимой эффективностью, а конъюгация микобактерий основана на хромосомах, а не на плазмидах. Грей и др. [15] сообщили о существенном смешивании родительских геномов в результате конъюгации и назвали это смешивание напоминающим то, что наблюдается в мейотических продуктах полового размножения (см. Происхождение полового размножения ). [ необходима цитата ]

восстановление ДНК

Mycobacterium smegmatis использует пути репарации ДНК для сопротивления повреждению ДНК. Двухцепочечные разрывы особенно опасны для жизнеспособности бактерий. У M. smegmatis есть три варианта репарации двухцепочечных разрывов: гомологичная рекомбинация (HR), негомологичное соединение концов (NHEJ) и одноцепочечный отжиг (SSA) . [16] Путь HR у M. smegmatis является основным фактором, определяющим устойчивость к ионизирующему излучению и окислительному повреждению ДНК. Этот путь включает обмен информацией между поврежденной хромосомой и другой гомологичной хромосомой в той же клетке. Он зависит от белка RecA, который катализирует обмен цепями, и белка ADN, который действует как пресинаптическая нуклеаза. [16] HR — это точный процесс репарации, который является предпочтительным путем во время логарифмического роста. [17]

Путь NHEJ для восстановления двухцепочечных разрывов включает в себя повторное соединение разорванных концов. Он не зависит от второй гомологичной хромосомы. Этот путь требует белка Ku и специализированной полифункциональной АТФ-зависимой ДНК-лигазы (лигазы D). [18] NHEJ эффективен, но неточен. Запечатывание тупых концов ДНК в функциональной последовательности гена происходит с частотой мутаций около 50%. [18] NHEJ является предпочтительным путем во время стационарной фазы, и он защищает M. smegmatis от вредного воздействия высыхания. [17]

SSA используется как путь репарации, когда двухцепочечный разрыв возникает между прямыми повторными последовательностями в ДНК. SSA включает одноцепочечную резекцию, отжиг повторов, удаление лоскута, заполнение пробелов и лигирование. У M. smegmatis путь SSA зависит от RecBCD геликазы-нуклеазы. [16]

Приложения

Использование в исследованиях

Mycobacterium smegmatis полезен для исследовательского анализа других видов микобактерий в лабораторных экспериментах. M. smegmatis обычно используется в работе с родом Mycobacterium, поскольку он «быстро растет» и не является патогенным. M. smegmatis — это простая модель, с которой легко работать, т. е. с быстрым временем удвоения и для которой требуется только лаборатория уровня биологической безопасности 1. Время и тяжелая инфраструктура, необходимые для работы с патогенными видами, побудили исследователей использовать M. smegmatis в качестве модели для видов микобактерий. [ необходима цитата ]

Mycobacterium smegmatis имеет такую ​​же своеобразную структуру клеточной стенки, как M. tuberculosis и другие виды микобактерий. [19] Он также способен окислять оксид углерода аэробно, как и M. tuberculosis. [ необходима цитата ]

Бактериальные системы секреции — это специализированные белковые комплексы и пути, которые позволяют бактериальным патогенам секретировать белки через свои клеточные мембраны и, в конечном итоге, в клетки хозяина. Эти эффекторные белки являются важными факторами вирулентности, которые позволяют патогену выживать внутри хозяина. Существует много различных видов специфических систем секреции, и M. tuberculosis имеет систему секреции белка Snm (секреция в микобактериях), которая теперь называется системой секреции ESX. Хотя система секреции ESX является ключевой в определении вирулентности M. tuberculosis , у всех микобактерий есть гены, кодирующие компоненты этой системы. Эта область генома называется локусом RD1. M. smegmatis обычно используется для изучения секреции ESX из-за его генетического сходства и аналогичной функции с M. tuberculosis , а также простоты выращивания в лаборатории. Одним из примеров того, как это может быть применено в исследованиях, является идентификация продуктов генов, необходимых для секреции ESX. Путем нокаута генов в локусе RD1 M. smegmatis и тестирования эффективности секреции ESX до и после нокаута гена можно идентифицировать специфические гены, необходимые для секреции ESX. Эти результаты можно применить к системе секреции ESX M. tuberculosis . [20]

Mycobacterium smegmatis легко культивируется в большинстве синтетических или сложных лабораторных сред, где он может образовывать видимые колонии в течение 3–5 дней. Эти свойства делают его очень привлекательным модельным организмом для M. tuberculosis и других микобактериальных патогенов. M. smegmatis mc 2 155 также используется для культивирования микобактериофага . [ необходима цитата ]

Производство электроэнергии

Как и многие другие бактерии, M. smegmatis , как известно, использует следовые количества водорода в атмосфере в качестве источника энергии. В 2023 году исследователи сообщили об извлечении из M. smegmatis гидрогеназы под названием Huc, которая очень эффективна при окислении газообразного водорода и, таким образом, создании электрического тока , а также нечувствительна к присутствию кислорода , который обычно препятствует катализу . [21] Это открытие предлагает значительный потенциал для зеленой энергетики . [ требуется цитата ]

Ссылки

  1. ^ Гордон RE, Смит MM (июль 1953 г.). «Быстрорастущие, кислотоустойчивые бактерии. I. Описания видов Mycobacterium phlei Lehmann and Neumann и Mycobacterium smegmatis (Trevisan) Lehmann and Neumann». Журнал бактериологии . 66 (1): 41– 8. doi :10.1128/jb.66.1.41-48.1953. PMC  357089. PMID  13069464 .
  2. ^ Gupta RS, Lo B, Son J (2018). «Филогеномика и сравнительные геномные исследования убедительно поддерживают разделение рода Mycobacterium на исправленный род Mycobacterium и четыре новых рода». Frontiers in Microbiology . 9 : 67. doi : 10.3389/fmicb.2018.00067 . PMC 5819568. PMID  29497402 . 
  3. ^ таксономия. "Обозреватель таксономии (Mycolicibacterium smegmatis)". www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 16.06.2021 .
  4. ^ Хенрихсен, Дж. (1972-12-01). «Транслокация бактериальной поверхности: обзор и классификация». Bacteriological Reviews . 36 (4): 478– 503. doi : 10.1128/br.36.4.478-503.1972 . ISSN  0005-3678. PMC 408329. PMID 4631369  . 
  5. ^ Мартинес, Асунсьон; Торелло, Сандра; Колтер, Роберто (1999-12-01). «Скользящая подвижность микобактерий». Журнал бактериологии . 181 (23): 7331– 7338. doi : 10.1128/JB.181.23.7331-7338.1999 . ISSN  0021-9193. PMC 103697. PMID 10572138  . 
  6. ^ Рейрат Дж. М., Кан Д. (октябрь 2001 г.). «Mycobacterium smegmatis: абсурдная модель туберкулеза?». Тенденции в микробиологии . 9 (10): 472– 474. doi :10.1016/S0966-842X(01)02168-0. PMID  11597444.
  7. ^ Mohan A, Padiadpu J, Baloni P, Chandra N (февраль 2015 г.). "Полные последовательности генома лабораторного штамма Mycobacterium smegmatis (MC2 155) и устойчивых к изониазиду (4XR1/R2) мутантных штаммов". Genome Announcements . 3 (1). doi :10.1128/genomeA.01520-14. PMC 4319614 . PMID  25657281. 
  8. ^ "Mycolicibacterium smegmatis (ID 1026) - Геном - NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 2021-06-16 .
  9. ^ Рейра, Жан-Марк; Кан, Даниэль (октябрь 2001 г.). «Mycobacterium smegmatis: абсурдная модель туберкулеза?». Тенденции в микробиологии . 9 (10): 472– 473. doi :10.1016/S0966-842X(01)02168-0.
  10. ^ Камачо, Луис Рейнальдо; Энсерге, Даниэль; Перес, Эстер; Жикель, Бриджит; Гийо, Кристоф (октябрь 1999 г.). «Идентификация кластера генов вирулентности микобактерий туберкулеза путем мутагенеза транспозонов с сигнатурными метками». Молекулярная микробиология . 34 (2): 257–267 . doi : 10.1046/j.1365-2958.1999.01593.x .
  11. ^ Гликман, Майкл С.; Кокс, Джеффри С.; Джейкобс, Уильям Р. (апрель 2000 г.). «Новая миколовая кислота циклопропансинтетаза необходима для связывания, персистенции и вирулентности микобактерий туберкулеза». Molecular Cell . 5 (4): 717– 727. doi : 10.1016/s1097-2765(00)80250-6 .
  12. ^ 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 . doi :10.1126/science.282.5389.759.
  13. ^ Norgard MV, Imaeda T (март 1978). «Физиологические факторы, участвующие в трансформации Mycobacterium smegmatis». Журнал бактериологии . 133 (3): 1254– 62. doi :10.1128/jb.133.3.1254-1262.1978. PMC 222159. PMID  641008 . 
  14. ^ Michod RE, Bernstein H, Nedelcu AM (май 2008). «Адаптивное значение пола у микробных патогенов». Инфекция, генетика и эволюция . 8 (3): 267– 85. doi :10.1016/j.meegid.2008.01.002. PMID  18295550.
  15. ^ Gray TA, Krywy JA, Harold J, Palumbo MJ, Derbyshire KM (июль 2013 г.). «Распределительный конъюгационный перенос у микобактерий генерирует потомство с мейотическим мозаицизмом по всему геному, что позволяет картировать локус идентичности спаривания». PLOS Biology . 11 (7): e1001602. doi : 10.1371/journal.pbio.1001602 . PMC 3706393 . PMID  23874149. 
  16. ^ abc Gupta R, Barkan D, Redelman-Sidi G, Shuman S, Glickman MS (январь 2011 г.). «Микобактерии используют три генетически различных пути восстановления двухцепочечных разрывов ДНК». Молекулярная микробиология . 79 (2): 316– 30. doi :10.1111/j.1365-2958.2010.07463.x. PMC 3812669. PMID  21219454 . 
  17. ^ ab Pitcher RS, Green AJ, Brzostek A, Korycka-Machala M, Dziadek J, Doherty AJ (сентябрь 2007 г.). "NHEJ защищает микобактерии в стационарной фазе от вредного воздействия высыхания" (PDF) . DNA Repair . 6 (9): 1271– 6. doi :10.1016/j.dnarep.2007.02.009. PMID  17360246.
  18. ^ ab Gong C, Bongiorno P, Martins A, Stephanou NC, Zhu H, Shuman S, Glickman MS (апрель 2005 г.). «Механизм негомологичного соединения концов у микобактерий: система репарации с низкой точностью, управляемая Ku, лигазой D и лигазой C». Nature Structural & Molecular Biology . 12 (4): 304– 12. doi : 10.1038/nsmb915. PMID  15778718. S2CID  6879518.
  19. ^ King GM (декабрь 2003 г.). «Поглощение микобактериями оксида углерода и водорода в экологически значимых концентрациях». Applied and Environmental Microbiology . 69 (12): 7266– 7272. doi :10.1128/aem.69.12.7266-7272.2003. PMC 310020. PMID  14660375. 
  20. ^ Converse, Scott E.; Cox, Jeffery S. (2005-02-15). «Путь секреции белка, критический для вирулентности Mycobacterium tuberculosis, сохраняется и функционирует в Mycobacterium smegmatis». Журнал бактериологии . 187 (4): 1238– 1245. doi :10.1128/JB.187.4.1238-1245.2005. ISSN  0021-9193. PMC 545616. PMID 15687187  . 
  21. ^ Гринтер, Р.; Кропп, А.; Венугопал; и др. (2023). «Структурная основа бактериального извлечения энергии из атмосферного водорода». Nature . 615 (7952): 541– 547. doi : 10.1038/s41586-023-05781-7 . PMC 10017518 . 
  • Информация и фото из NCBI
  • Страница MicrobeWiki о M. smegmatis
  • Типовой штамм Mycobacterium smegmatis в BacDive — базе метаданных бактериального разнообразия
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mycobacterium_smegmatis&oldid=1261175245"