Настоящий

Oct 18, 2023

Nature Communications, том 14, номер статьи: 294 (2023) Цитировать эту статью

5887 Доступов

4 цитаты

131 Альтметрика

Подробности о метриках

Конъюгация — контактно-зависимый механизм переноса плазмидной ДНК между бактериальными клетками, способствующий распространению устойчивости к антибиотикам. Здесь мы используем микроскопию живых клеток для визуализации внутриклеточной динамики конъюгативного переноса F-плазмиды в E. coli в режиме реального времени. Мы показываем, что перенос плазмиды в одноцепочечной форме (оцДНК) и ее последующее преобразование в двухцепочечную ДНК (дцДНК) — это быстрые и эффективные процессы, которые происходят с определенным временем и субклеточной локализацией. Примечательно, что преобразование оцДНК в дцДНК определяет время продукции белка, кодируемого плазмидой. Ведущая область, которая первой проникает в клетку-реципиент, несет одноцепочечные промоторы, которые обеспечивают ранний и временный синтез ведущих белков сразу после проникновения плазмиды оцДНК. Последующее преобразование в дцДНК выключает экспрессию ведущих генов и активирует экспрессию других плазмидных генов под контролем обычных двухцепочечных промоторов. Эта молекулярная стратегия позволяет своевременно производить факторы, последовательно участвующие в создании, поддержании и распространении плазмиды.

Конъюгация бактериальной ДНК представляет собой широко распространенный механизм горизонтальной передачи генов, при котором генетическая информация передается от донора к клетке-реципиенту путем прямого контакта1,2,3,4. Конъюгация отвечает за внутри- и межвидовое распространение различных метаболических свойств и определяет 80% приобретенной устойчивости у бактерий5. Плазмида F была первым открытым конъюгативным элементом1,6 и в настоящее время задокументирована как парадигматический представитель большой группы конъюгативных плазмид, широко распространенных у Escherichia coli и других видов Enterobacteriaceae, у которых они связаны с распространением колицинов, факторов вирулентности и антибиотиков. сопротивление7,8,9. Из-за своей фундаментальной и клинической важности F-подобные плазмиды оказались в центре внимания обширных исследований, которые обеспечили детальное понимание молекулярных реакций и факторов, участвующих в их переносе путем конъюгации3,4.

Внутри донорской клетки компоненты релаксосомы, включая интеграционный фактор хозяина IHF, кодируемые плазмидой дополнительные белки TraY, TraM и многофункциональную релаксазу TraI, рекрутируются в точку начала переноса (oriT) F-плазмиды10,11,12. Релаксосомный комплекс затем рекрутируется в систему секреции типа IV (T4SS) с помощью связывающего белка TraD, что приводит к образованию преинициаторного комплекса13,14,15,16,17. Белки TraI и TraD являются архетипическими компонентами основного набора субъединиц, необходимых для создания активного механизма конъюгации, и в общей номенклатуре соответственно называются VirD2 и VirD4. Предполагается, что установление спаривающейся пары индуцирует еще не охарактеризованный сигнал, который активирует преинициаторный комплекс. Затем TraI вводит специфичный для сайта и цепи разрез ДНК (разрез) в oriT плазмиды и остается ковалентно связанным с 5'-фосфатным концом. TraI также служит хеликазой, которая выдавливает плазмиду оцДНК для переноса, называемую Т-цепью18,19,20,21,22,23,24,25,26. Первоначально было предположено и позже подтверждено, что для выполнения этих функций необходимы две релаксазы27,28. На этом этапе 3’OH Т-цепи служит для инициации репликации по катящемуся кругу (RCR), которая превращает интактную кольцевую плазмиду оцДНК в дцДНК в донорской клетке3,29,30, в то время как 5’фосфат связывается с TraI переносится в клетку-реципиент через механизм T4SS. Хотя молекулярная структура T4SS хорошо охарактеризована31,32,33,34, способ транслокации Т-комплекса (нуклеопротеин T-цепь-TraI) через мембраны клеток донора и реципиента остается неясным.