Badanie roli siarkowodoru w ekspresji genów wychwytu żelaza u E. coli

Oporność na antybiotyki i reakcja na stres oksydacyjny to ważne mechanizmy biologiczne, które pomagają bakteriom rozwijać się, zwłaszcza bakteriom chorobotwórczym, takim jak Escherichia coli. Siarkowodór (H₂S), cząsteczka przekaźnika chemicznego, reguluje kilka czynności wewnątrzkomórkowych bakterii, takich jak reakcje na stres oksydacyjny i antybiotyki.

Zwiększony pobór żelaza wywołany przez wewnątrzkomórkową H₂W patogennej bakterii Vibrio cholerae zidentyfikowano poziomy S, które przyczyniają się do jej reakcji na stres oksydacyjny. Jednak dokładny mechanizm stojący za H₂Zależne od S odpowiedzi komórkowe E. coli pozostają niejasne.

Zespół badaczy pod kierownictwem profesora Shinjiego Masudy z Wydziału Nauk Przyrodniczych i Technologii Tokijskiego Instytutu Technologii w Japonii podjął próbę rozwikłania podstawowego mechanizmu i związku pomiędzy wewnątrzkomórkowym H.₂Pobieranie S i żelaza przez E. coli. Wykorzystali genetycznie zmanipulowany szczep E. coli typu dzikiego (WT) z nadekspresją mstA, który koduje enzym transferazę siarkową 3-merkaptopirogronianu odpowiedzialną za wytwarzanie H₂S.

Dodatkowo zastosowali zaawansowane techniki i testy sekwencjonowania genetycznego, aby zidentyfikować szlaki molekularne biorące udział w ogólnej regulacji wychwytu żelaza w odpowiedzi na H₂Dostępność. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie „ mBio dziennik.

Podzielając motywację i uzasadnienie obecnych badań, Masuda stwierdza: „Nasza grupa badawcza zidentyfikowała i scharakteryzowała wcześniej represor arsenu typu H₂Czynnik transkrypcyjny SqrR reagujący na S-/nadsiarczek w fioletowej fotosyntetycznej bakterii Rhodobacter capsulatus, gdzie SqrR regulował ekspresję genów w odpowiedzi na H₂Dostępność.

„Donoszono również, że YgaV, homolog SqrR w E. coli, hamuje transkrypcję genów układu oddechowego beztlenowego przy braku zewnątrzkomórkowego siarczku. Zmotywowało to nasz zespół do dalszego badania związku między wewnątrzkomórkowym H₂Transkrypcja zależna od S, YgaV i wychwyt żelaza w E. coli.”

Początkowo badacze zaobserwowali, że szczep WT wykazujący nadekspresję mstA wytwarzał podwyższony poziom wewnątrzkomórkowego wirusa H₂S, co skutkowało znacznie wyższą opornością na antybiotyki. Następnie przeprowadzili analizę sekwencjonowania RNA i odkryli, że poziom niektórych genów uległ zwiększeniu w odpowiedzi na nadprodukcję H.₂S. Zauważyli 10-krotny wzrost poziomu transkryptu genetycznego tcyP, który koduje transporter L-cysteiny (aminokwas zawierający siarkę).

Ponadto odkryli, że szczególnie zwiększona została ekspresja genu syntazy cysteinylo-tRNA, który katalizuje syntezę cząsteczek supersiarczków z samopołączonymi atomami siarki. Nadsiarczki mogą bezpośrednio inaktywować antybiotyki β-laktamowe i przyczyniać się do ogólnej oporności na antybiotyki u E. coli z nadekspresją mstA.

Co więcej, geny związane z pompami wypływu antybiotyków uległy zwiększeniu, a geny transporterów dipeptydów/hemu uległy obniżeniu w szczepie WT z nadekspresją mstA, co wskazuje na wpływ H₂S hiperakumulacja podczas pobierania żelaza.

Ponadto badacze potwierdzili rolę YgaV, bakterii H₂Czynnik transkrypcyjny reagujący na S-/nadsiarczek, w regulacji w górę genów wychwytu żelaza w E. coli. Wykorzystując zmutowany ΔygaV szczep E. coli, w którym ygaV nie ulega ekspresji, ale mstA ulega nadekspresji, odkryli, że ekspresja genów wychwytu żelaza, a mianowicie fes, fepA, fhuE, fhuF, nfeF i cirA była zależna od obecności YgaV, który z kolei jest zależny od wewnątrzkomórkowego H₂Poziomy S.

„Nasze badanie dostarcza cennych informacji na temat dynamiki wychwytu żelaza przez E. coli i potwierdza rolę H.₂Zależny od S YgaV w regulacji ogólnej reakcji na stres oksydacyjny i oporności na antybiotyki” – podsumowuje Masuda.