Сократительная инъекционная система необходима для регулируемой в процессе развития гибели клеток Streptomyces coelicolor.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1469 (2023) Цитировать эту статью

2107 Доступов

2 цитаты

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Различные виды бактерий производят внеклеточные сократительные инъекционные системы (eCIS). Хотя eCIS тесно связаны с сократительными хвостами фагов, они могут вводить токсичные белки в эукариотические клетки. Таким образом, эти системы обычно рассматриваются как механизмы цитотоксической защиты, которые не имеют центрального значения для других аспектов бактериальной биологии. Здесь мы приводим доказательства того, что eCIS, по-видимому, участвуют в сложном процессе развития бактерии Streptomyces coelicolor. В частности, мы показываем, что S. coelicolor производит частицы eCIS во время нормального цикла роста и что штаммы, лишенные функциональных частиц eCIS, демонстрируют выраженные изменения в своей программе развития. Кроме того, мутанты с дефицитом eCIS демонстрируют пониженный уровень гибели клеток и измененную морфологию во время роста в жидких средах. Наши результаты показывают, что основная роль eCIS у S. coelicolor заключается в модуляции переключения развития, которое приводит к образованию воздушных гиф и споруляции, а не в атаке на другие виды.

Многие штаммы бактерий кодируют внеклеточную сократительную инъекционную систему (eCIS)1,2,3. eCIS тесно связаны с хвостами бактериофагов (фагов) с сократительными хвостами. Как и хвосты, они состоят из длинной трубки, прикрепленной к опорной пластине (рис. 1а). Белки, составляющие хвостообразную структуру eCIS, по последовательности сходны с фаговыми белками. Однако геномные области, кодирующие eCIS, отличаются от хвостовых областей фага тем, что они неизменно кодируют AAA + АТФазу с неизвестной функцией и белок-терминатор хвоста (TR), который является членом семейства Pvc16_N (PF14065) Pfam4,5. Они также часто кодируют узнаваемые белки-токсины2,6,7. Все eCIS с охарактеризованными функциями опосредуют взаимодействие между бактериальными и эукариотическими клетками. Виды Serratia и Photorhabdus выделяют структуры eCIS, известные как антипитающие профаги (Afp) и кассеты вирулентности Photorhabdus (PVC), соответственно, которые опосредуют уничтожение клеток насекомых8,9. Это уничтожение происходит посредством инъекции инсектицидных токсинов, кодируемых после оперона eCIS8,9,10. MAC (сократительные структуры, связанные с метаморфозой) представляют собой отдельные eCIS, продуцируемые морской бактерией Pseudoalteromonas luteoviolacea, которые необходимы для морфогенеза трубчатого червя Hydroides elegans в мутуалистическом взаимодействии11. Структуры ряда других eCIS были подробно изучены12,13,14, но их функции не определены.

Схематическое изображение частицы eCIS. На диаграмме показаны консервативные основные структурные компоненты хвоста eCIS. Белки обозначены сокращениями (TR = терминатор хвоста; TT = хвостовая трубка; TS = оболочка хвоста; BH1, BH2 = компоненты втулки опорной пластины; BW1, BW2, BW3 = клиновидные компоненты опорной пластины; BS = шип хвоста). б — Схематическое изображение кластера eCIS Streptomyces coelicolor (Sco). Открытые рамки считывания и направление их транскрипции представлены блок-стрелками и нарисованы в масштабе. Название гена отображается под первым и последним генами в кластере в диапазоне от sco4242 до sco4263. Закодированная функция eCIS отображается в виде сокращения над каждой ORF. Аннотация Afp eCIS, которая используется в некоторых других публикациях, показана внутри стрелок (Afp1-1619). Две расходящиеся области промотора показаны красными блоками. Прямое и обратное направления транскрипции показаны синими стрелками над кластером. c, eCIS очищали из лизатов Sco, выращенных в жидкой среде YEME в течение 72 часов, как описано в разделе «Методы». Очищенные препараты концентрировали до 30-кратной концентрации исходной культуры. Изображения в трансмиссионном электроне были собраны при 100 000-кратном увеличении. Белые стрелки указывают на пустые чехлы, имеющиеся в комплекте с полностью собранным eCIS. d Показана отдельная собранная частица eCIS в ее несжатой вытянутой конформации. Белая стрелка указывает на опорную пластину, а черная стрелка показывает комплекс хвостового терминатора. e Частицы из бесклеточной среды культур, выращенных, как описано на панели (c), подвергали ультрацентрифугированию и концентрировали до 30-кратной концентрации исходного образца. Изображения собраны с увеличением 80 000 раз. Белые стрелки указывают на типичные опустошенные частицы оболочки хвоста. Масштабная линейка = 100 нм. f Диаграмма рассеяния длины и ширины частиц, полученных из eCIS, описанных в (c – e) (n = 80 для полностью собранных несжатых внутриклеточных частиц, n = 215 для внеклеточных сжатых частиц с пустой оболочкой). На каждом графике горизонтальные линии обозначают средние значения, которые также отображаются над графиком. Вертикальные границы обозначают полный диапазон распределения значений.

70%) encode at least one eCIS. Streptomyces propagate through a complex developmental program. Germinated spores initially grow to form extensive vegetative hyphae by a combination of tip extension and branching15. Upon nutrient deprivation or stress, programmed developmental and morphological changes result in the formation of aerial hyphae and subsequent formation of spores. This developmental switch is accompanied by a large shift in gene expression and the onset of secondary metabolite production, many of which are antibiotics16,17./p>80%) of Streptomyces species including Sco encode a type IId eCIS, as has been previously noted3; thus, we assume that any conserved eCIS function must be performed by this type./p>