이전에 특성화되지 않은 유전자 PA2146은 ɣ 전역의 생물막 형성 및 약물 내성에 기여합니다.

npj Biofilms and Microbiome 8권, 기사 번호: 54(2022) 이 기사 인용

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전사체 연구에 따르면 생물막에서 차별적으로 발현되는 특성화되지 않은 유전자가 다수 밝혀졌으며 이는 항균제에 대한 내성과 같은 생물막 표현형을 조절하는 데 중요할 수 있습니다. P. aeruginosa에서 알려지지 않은 기능의 생물막 유전자를 확인하기 위해 우리는 RNA-seq을 사용하고 생물막 성장에 따라 유도된 27개의 특성화되지 않은 유전자를 선택했습니다. 각각의 돌연변이에 의한 생물막은 이후 두 가지 생물막 특성, 생물막 구조 및 약물 감수성에 대해 분석되었습니다. 이 화면에서는 생물막 형성에 기여하는 유전자 27개 중 12개와 약물 감수성 13개가 밝혀졌으며, 8개 유전자는 생물막 표현형 모두에 영향을 미쳤습니다. 두 생물막 표현형에 영향을 미치는 유전자 중에는 P. aeruginosa PAO1 및 임상 분리주에 의한 생물막 성장 동안 전사체 풍부도의 가장 실질적인 증가를 나타내는 작은 가상 단백질을 암호화하는 PA2146이 있습니다. PA2146은 ɣ-proteobacteria에 고도로 보존되어 있습니다. PA2146의 비활성화는 P. aeruginosa PAO1의 생물막 표현형 모두에 영향을 미쳤으며 Klebsiella pneumoniae 및 Escherichia coli의 동족체 비활성화도 비슷한 효과를 나타냈습니다. PA2146 상동체의 이종 발현은 P. aeruginosa ΔPA2146을 보완하여 PA2146 상동체가 P. aeruginosa에서 PA2146을 대체하고 유사한 역할을 한다는 것을 시사합니다.

박테리아는 자연 환경, 산업 시스템, 의료 분야1,2,3를 포함한 다양한 환경에서 생물막 공동체로 우선적으로 성장합니다. 생물막 내의 성장은 해양 환경에서 방목되는 원생동물로부터의 방어, 산업 및 의료 장비의 오염 제거 중 항균제에 대한 저항성, 감염 중 숙주 면역 반응 회피와 같은 불리한 조건으로부터 보호합니다4,5,6,7. 이러한 보호된 성장 방식에 대한 증거는 화석 기록 초기(약 32억 5천만년 전)에 나타나며 고세균과 박테리아 계통의 다양한 유기체 전반에 걸쳐 공통적으로 나타나며, 이는 생물막 성장이 원핵생물의 생활주기에 필수적인 구성요소임을 시사합니다8 . 실제로, 다양한 원핵생물에 의해 형성된 생물막에 대한 연구는 여러 리뷰9,10,11,12에서 언급된 바와 같이 생물막의 공통 경향과 표현형 특성을 밝혀냈습니다. 이러한 일반적인 추세에는 세포 간 통신 또는 쿼럼 감지(QS), 보호 매트릭스를 형성하기 위한 세포외 고분자 물질의 생산, 매트릭스 구성 요소인 eDNA의 존재, 운동성, 부착 및 c-di의 조절이 포함됩니다. -GMP 수준은 생물막 형성의 핵심 요소로 확인되었습니다. 또한, 고정 단계, 환경 스트레스 및 혐기성 증에 대한 적응과 관련된 유전자의 상향 조절은 생물막 성장과 관련된 일반적인 특징으로 확인되었습니다13,14. 종합하면, 이러한 발견은 생물막 세포가 고정상 세포와 구별되고 플랑크톤 세포보다 생물막 관련 세포에서 더 흔한 특정 특성을 갖는다는 개념으로 이어졌습니다.

전사체 연구에서는 또한 생물막 성장 시 유도되는 특성화되지 않은 유전자/단백질이 다수 발견되었습니다. 실제로, 가설 유전자와 보존된 가설 유전자는 차별적으로 조절되는 유전자의 가장 큰 범주를 구성했습니다. Iraola 등은 RNA-seq을 사용하여 575개 중 289개(50%)의 유전자가 Leptospira biflexa의 생물막 성장과 관련된 조건에서 차등적으로 발현된다는 사실을 발견했으며, 이는 가설적인 단백질 코딩 유전자로 주석이 달렸습니다. Whiteley et al.16은 P. aeruginosa에 의한 생물막 형성이 기능이 알려지지 않은 가상의 단백질에 대해 암호화된 73개의 생물막 조절 유전자 중 약 34%와 일치한다고 판단했습니다. 또한, 토브라마이신에 대한 생물막의 노출은 20개 유전자의 차등적 발현과 일치했으며, 그 중 12개는 알려지지 않은 기능의 가상 단백질을 코딩하는 유전자로 분류되었습니다. 마찬가지로, Seneviratne et al.17이 수행한 전사체 분석에서는 Enterococcus faecalis 생물막 형성과 비소를 포함한 항균제에 대한 저항성이 다수의 추정 유전자의 차등 발현과 일치하는 것으로 나타났습니다. Vibrio cholerae의 표면 관련 성장 방식과 상관관계가 있는 유전자를 확인하기 위한 노력의 일환으로 Moorthy와 Watnick은 단층 또는 생물막 성장을 포함하여 표면 관련 조건 하에서 유사한 발현 패턴을 보이는 기능이 알려지지 않은 단백질을 코딩하는 유전자 12개 클러스터를 확인했습니다. 플랑크톤 성장 모드로.