原核生物毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)由具有杀菌或抑菌作用的毒素和能中和毒素毒性的抗毒素组成,在细菌和古菌的染色体和可移动遗传元件中分布广泛。TA系统具有结构和功能的多样性,目前分为八大类型(Ⅰ-Ⅷ型)。研究发现TA系统与细菌生物膜的形成、细菌毒力、耐药性细菌感染、质粒拷贝数的调控及原噬菌体切离后在细胞中的稳定维持等相关。文章综述了近年来TA系统的最新分类、TA系统的功能及抗毒素的其他调控功能等进展,并对TA领域的应用做了简要描述。     

原核生物Ⅶ型毒素-抗毒素系统研究进展北大核心

毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统是普遍存在于细菌、古细菌及原噬菌体中的遗传元件,通常由分别编码毒素和编码抗毒素的基因组成。毒素在细菌细胞中较为稳定,而抗毒素则容易被降解。大多数毒素为蛋白并具有酶的活性,通过影响蛋白质的翻译、DNA的复制等重要生命活动从而对细菌产生毒性,抑制细菌生长。抗毒素为蛋白质或非编码RNA,通过极其多样的方式,中和毒素的毒性。目前发现TA在调控质粒拷贝数、流产性感染、生物被膜的形成等过程中发挥着重要作用。随着研究的不断深入,新型TA不断被发现,极大地促进了我们对于TA的认识。目前TA已经扩展到I‒Ⅷ型,本文总结了近期发现的新型TA,并重点介绍了最新发现的Ⅶ型TA及其特殊的中和机制。由于TA与病原微生物的致病性密切相关,因此,深入研究这些TA可以为耐药微生物的治疗提供新的靶点。     

细菌的毒素-抗毒素系统:定时炸弹还是免死金牌

毒素-抗毒素系统(Toxin-antitoxin system,TA)在细菌和古菌的染色体和可移动遗传元件中广泛分布,目前分为六大类型(I型-VI型)。研究发现TA能够促进多重耐药菌群的形成,同时参与细菌的程序性死亡、调控生物被膜形成、介导细菌环境适应过程等多个重要的生命过程。TA的研究主要集中在肠道细菌和病原菌中,其中II型TA研究最为深入和广泛。本文综述了近年来新型TA的鉴定、毒素新型作用靶点、抗毒素的调控功能以及TA间的相互作用等进展,并对未来的TA领域的潜在发展趋势和应用前景也进行了评述。     

细菌中Ⅰ型毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统是广泛存在于细菌和真菌细胞内的一对小型遗传控制元件,毒素基因编码稳定的蛋白质分子,抗毒素基因编码的则是稳定性较差的蛋白质或者是具有调控功能的RNA.人们对于毒素分子在细胞内的生物靶标、分子结构与功能、体内调节机制等进行了大量的研究,不仅揭示了毒素-抗毒素的生理功能,而且为多种生物技术中的应用提供了新的素材.目前发现共有5大类型的毒素-抗毒素系统,其中Ⅰ型毒素-抗毒素系统的抗毒素分子为调节型RNA,可以通过多种不同途径与毒素蛋白质的mRNAs结合从而中和毒素的细胞毒性.Ⅰ型毒素-抗毒素系统以其独特的调节性RNA的调控方式,成为目前毒素-抗毒素研究中的重要热点.本文将对目前Ⅰ型毒素-抗毒素系统的研究进展进行综述,并对其可能的应用前景进行展望.     

细菌II型毒素-抗毒素系统活性的调控

细菌毒素-抗毒素系统(Toxin-antitoxin system,TA)由稳定的毒素和不稳定的抗毒素构成,几乎存在于所有细菌中。已证明染色体编码的II型TA系统作为胁迫反应因子,通过毒素作用于不同的细胞靶点来调控重要的细胞活动过程,使细菌适应不同的环境胁迫。因此,毒素活性的调控是II型TA系统介导细菌适应性胁迫反应的关键。本文总结了II型TA系统毒素活性调控机制的研究进展,并介绍了作者近年来对模式蓝藻Synechocystis sp.PCC6803中II型TA毒素活性调控的研究结果。     

细菌毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)由两个共表达的基因组成,其中一个基因编码不稳定的抗毒素蛋白(antitoxin),另一个基因编码稳定的毒素蛋白(toxin).毒素-抗毒素系统最早发现于一些低拷贝的质粒,用来维持低拷贝质粒在菌群中的稳定存在.随后的研究表明,毒素-抗毒素系统广泛存在于细菌,包括一些致病菌的染色体上.在营养缺乏等不良生长条件下,由于基因表达的抑制和蛋白酶的降解作用,不稳定的抗毒素蛋白减少,从而产生游离的毒素蛋白,导致细菌的生长抑制和死亡.毒素-抗毒素系统的生理功能目前还存在争议,有学者认为细茼染色体上的毒素-抗毒素系统可以在不良生长状况下介导细菌的死亡,即细茼程序性细胞死亡(baeterial programmedcell death).但也有证据显示,毒素-抗毒素系统的功能更偏向于应激状态下的生理调节方面,即只起应激状态下的抑菌作用而不是杀菌作用.对细菌生长调控中毒素-抗毒素系统的作用机理进行综述,并探讨毒素-抗毒素系统研究的理论和应用价值.     

原核生物毒素-抗毒素系统的研究进展

毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,简称TA系统)广泛存在于原核生物(细菌和古菌)的基因组中，通常TA系统由毒素和抗毒素两部分组成，毒素发挥毒性抑制细菌生长，抗毒素可以解除抑制，它们通过体内的调控作用来对细菌或古菌的生长活动进行调节。研究发现，TA系统根据其性质及抗毒素中和毒素的方式不同可以分为8种类型Ⅰ～Ⅷ,不同类型的TA系统之间又存在着错综复杂的交互作用，而且此系统在细菌中发挥的作用也一直是近年来学者们研究的热点。现就TA系统的最新分类、TA系统的功能以及应用作一概述。     

细菌毒素-抗毒素系统的功能

毒素-抗毒素(Toxin-Antitoxin,TA)系统广泛存在于原核生物和古细菌的染色体和质粒中。此系统由2个共表达的基因组成,分别编码稳定的毒素蛋白和易降解的抗毒素,毒素通常发挥毒性作用抑制细菌生长,而抗毒素则可中和毒性,二者相互作用对细菌生长状态起精密调节作用。根据TA的组成和抗毒素的性质,目前已经发现有6型TA,这些TA系统在细菌中发挥的作用一直是近年来学者们研究的热点,文中对细菌TA的功能研究进展进行了综述。     

蓝细菌PCC6803染色体上的一对毒素-抗毒素基因的鉴定

大肠杆菌细胞染色体上毒素－抗毒素系统(TA, toxin-antitoxin system)基因参与环境胁迫诱导的细胞死亡或生长抑制。在蓝细菌PCC6803染色体上开放阅读框ssr1114和slr0664具有与TA系统相同的遗传结构, slr0664编码产物与RelBE毒素－抗毒素系统中的毒素蛋白RelE同源, 但没有发现有与ssr1114编码产物同源的蛋白。为证明slr0664和ssr1114表达产物的毒性和抗毒性作用, 构建了含有乳糖诱导调控的启动子和阿拉伯糖诱导调控的启动子的表达调控系统, 将slr0664基因编码序列置于Plac启动子控制下, ssr1114编码序列置于PBAD启动子控制下, slr0664诱导表达产物对细胞具有毒性作用, ssr1114诱导表达产物具有抗slr0664表达产物的毒性作用。提示slr0664为毒素基因, ssr1114为抗毒素基因, 二者组成一个TA系统, 但其有关特性和功能尚待进一步证明。     

毒素-抗毒素系统介导持留菌形成机制的研究进展

毒素-抗毒素(toxin-antitoxin,TA)系统是广泛存在细菌基因组上的由两个基因组成的操纵子,分别编码稳定的毒素蛋白和不稳定的抗毒素,其中毒素蛋白具有多种生物学功能。持留菌是指能够耐受高浓度抗生素或不利环境的一类细菌,它们同样具有TA系统。现就毒素-抗毒素系统介导持留菌形成机制的研究进展作一综述。     

大肠埃希菌TA系统mazEF的研究进展

大部分细菌的遗传物质中含有毒素-抗毒素系统(TA)的遗传基因.mazEF是大肠埃希菌染色体上的一对毒素抗毒素基因,由毒素基因mazF和抗毒素基因mazE组成.其在细菌的生长调控和细胞程序性死亡中发挥了重要的作用.环境压力激活mazEF后,MazF可以通过对mRNA的剪切作用造成翻译停止.mazEF的存在可以增加细菌对环境压力的耐受性、保持细菌遗传物质的稳定、参与抗生素引起的细胞死亡、也在细菌的耐药性中发挥重要作用.     

鱼腥藻PCC7120染色体上的基因对asl3212/all3211构成mazEF家族的毒素-抗毒素系统

大肠杆菌染色体上毒素-抗毒素系统(TA,toxin-antitoxin system)mazEF介导多种胁迫诱导的细胞死亡或生长抑制。鱼腥藻PCC7120染色体上的基因对asl3212/all3211具有TA系统保守的遗传结构,其编码产物与大肠杆菌mazEF系统的毒素MazE和抗毒素MazE同源,可能构成mazEF家族的TA系统。利用构建的选择性表达系统分析asl3212和all3211表达产物对大肠杆菌细胞生长活性的影响,结果显示诱导all3211表达显著抑制细胞生长,同时诱导asl3212表达使all3211编码产物抑制的细胞恢复生长。提示all3211为毒素基因,asl3212为抗毒素基因,二者组成一个功能性的mazEF家族的TA系统。     

毒素-抗毒素系统介导滞留菌形成机制

滞留菌是一类处于低代谢休眠状态的抗生素耐受细菌亚群，能够在致死性压力应激后存活下来，是抗生素治疗失败和复发性感染的主要原因之一。毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system, TA)作为压力应激模块普遍存在于各种细菌中，由稳定的毒素和不稳定但可以中和毒素的同源抗毒素组成。压力情况下，第二信使(p)ppGpp激活Lon,随后大多数II型TA系统被激活，诱导滞留菌形成。同样在(p)ppGpp存在的情况下，Obg刺激hokB转录，使毒素积累，抑制细菌DNA复制、转录、翻译等重要的生理过程，驱动细菌形成滞留菌。SOS反应是激活TA系统的另一个主要途径，解除了对tisB转录的抑制，使其在细胞内积累并插入细胞膜，破坏质子动力势，降低胞内ATP水平，诱使休眠和滞留菌形成。讨论TA系统介导滞留菌形成的机制有助于提出新型抗菌策略。     

副溶血弧菌染色体上毒素-抗毒素系统YefM-YoeB的鉴定

【背景】副溶血弧菌是一种重要的食源性病原菌,给公众健康带来严重危害。毒素-抗毒素系统广泛存在于细菌和古生菌基因组中,具有重要的生物学功能。【目的】在副溶血弧菌中鉴定新的毒素-抗毒素系统,为从毒素-抗毒素系统角度探讨该菌致病性和耐药性的分子机制奠定基础。【方法】通过在线工具预测副溶血弧菌染色体上的假定II型毒素-抗毒素系统;通过生长曲线分析和稀释点板实验检测假定毒素对大肠杆菌的毒性作用及相应抗毒素的抗毒性作用;通过反转录PCR确定毒素和抗毒素基因是否共转录;通过生物信息学分析确定新鉴定毒素-抗毒素系统的同源蛋白;通过LacZ报告实验确定抗毒素及毒素-抗毒素复合物对自身启动子的调控作用。【结果】副溶血弧菌染色体中编码6个假定II型毒素-抗毒素系统;基因vp1820的表达产物(VP1820)对大肠杆菌具有杀菌活性,vp1821的表达产物(VP1821)能中和VP1820的毒性;基因vp1821和vp1820共转录;vp1821-vp1820编码YefM-YoeB毒素-抗毒素系统;抗毒素YefM正调控启动子,YefM-YoeB复合物负调控启动子。【结论】在副溶血弧菌中鉴定了一个新的II型毒素-抗毒素系统,即YefM-YoeB,为进一步研究该系统对副溶血弧菌致病性和耐药性的影响奠定了基础。     

乙酰基转移酶毒素SsGNAT影响猪链球菌的黏附能力

【目的】猪链球菌(Streptococcus suis)是一种重要的人畜共患病病原，本研究旨在鉴定猪链球菌乙酰基转移酶毒素类毒素-抗毒素系统，并对其毒素功能进行分析，探讨猪链球菌毒素-抗毒素系统在细菌感染过程中发挥的作用。【方法】前期预测猪链球菌血清型5型菌株HN105基因组中假定的Ⅱ型毒素-抗毒素系统。进一步鉴定毒素-抗毒素系统的活性并分析该毒素-抗毒素系统的遗传进化关系；运用Westernblotting揭示毒素在猪链球菌内的表达情况。同时以HN105为亲本株，构建毒素缺失株、抗毒素缺失株以及毒素-抗毒素缺失株，研究该系统对猪链球菌黏附能力、生物被膜形成能力、抗吞噬与胞内存活能力的影响。【结果】预测并鉴定出猪链球菌血清型5型菌株HN105基因组中DF184＿RS00980-DF184＿RS00985编码的乙酰基转移酶(Gcn5-related N-acetyltransferase,GNAT)毒素类毒素-抗毒素系统，根据保守结构域将该系统命名为SsMarR-SsGNAT。SsGNAT毒素在大肠杆菌(Escherichia coli)的周质间隙发挥毒性作用，且抗毒素可以中和毒素的毒性...     

mazEF系统介导胁迫诱导细菌细胞程序性死亡

mazEF是细菌染色体上的“毒素?抗毒素系统”基因(Toxin-antitoxin system, TA系统), 可介导胁迫诱导细菌细胞程序性死亡。本文介绍了mazEF系统的遗传结构特征、生理生化功能、环境胁迫激活mazEF系统介导的细菌细胞程序性死亡的机制, 参与细胞死亡过程中的细胞信号和细胞因子的调控, 以及关于mazEF系统介导的细菌细胞程序性死亡理论的争论, 提出了进一步丰富和完善细菌细胞程序性死亡理论亟待解决的问题。     

毒素-抗毒素系统在应激环境下的生物学作用的研究进展

毒素-抗毒素系统（toxin-antitoxin system,TAS）广泛存在于细菌染色体及质粒上,是细菌中含量丰富的小型遗传元件。TAS通常由两个紧密相连的基因组成,分别编码毒素（toxin）和抗毒素（antitoxin）,稳定的毒素能够损伤宿主细胞,不稳定的抗毒素能够保护宿主细胞免于毒素的损伤作用。依据其性质和作用方式,目前已经发现三种型别的TAS。TAS具有多种生物学作用,如诱导程序性细胞死亡（programmed cell death,PCD）,应激条件下介导持留菌形成（persistence）,稳定基因大片段等。本文就近几年TAS在应激条件下的生物学作用的研究进展做一综述。     

假结核耶尔森氏菌中Phd-Doc毒素-抗毒素系统的功能鉴定

【背景】毒素-抗毒素系统在微生物体内广泛存在,在微生物对抗外界不良环境方面发挥重要作用。【目的】以模式细菌假结核耶尔森氏菌(Yersinia pseudotuberculosis,Yptb)为材料,探究其编码的Phd-Doc毒素-抗毒素系统的作用机制和生物学功能。【方法】通过生物信息学方法预测Yptb中编码的Phd-Doc毒素-抗毒素系统,通过毒性分析、基因表达分析及蛋白相互作用对其进行鉴定;通过抗生素胁迫、氧胁迫、生物被膜形成等实验研究Phd-Doc在体内发挥的生物学功能。【结果】生物信息学分析鉴定出一对Phd-Doc毒素-抗毒素系统,发现二者共转录且相互作用;毒素蛋白Doc能够引起大肠杆菌形态发生变化并抑制其生长,抗毒素蛋白Phd能中和Doc的毒性;Phd-Doc毒素-抗毒素系统具有自调控抑制效应;phd-doc的缺失对Yptb自身的生长无影响,而且毒素蛋白Doc在野生型Yptb内过表达并未显示毒性;phd-doc在转录水平上响应了抗生素胁迫和氧胁迫,其中,对氯霉素胁迫最为敏感,但并不影响Yptb的生长;同时,Phd-Doc能够影响Yptb的生物被膜形成能力。【结论】Yptb中Phd-Doc毒素-抗毒素系统的功能鉴定对于更好地了解在多变的外部环境下微生物的定殖和响应机制具有重要意义。     

超嗜热古菌整合性遗传元件的研究进展

细菌中整合性遗传元件与DNA修饰和防御、毒力因子传播以及次级代谢等生理功能存在关联,而相关研究在超嗜热古菌中尚处于起步阶段。本文综述了超嗜热古菌中整合性病毒、质粒及基因组岛等整合性遗传元件的分类、整合及维持机制。展示了整合性遗传元件参与的水平基因转移过程在超嗜热古菌基因组演化中扮演的重要角色。整合性遗传元件相关功能基因组学研究为理解超嗜热古菌的多样性及其环境适应性机制提供了新的视角。     

毒素蛋白基因mazF在基因修饰系统中的应用进展

毒素-抗毒素系统(Toxin-antitoxin system,TA系统)存在于大部分细菌中。mazEF是大肠杆菌中一种毒素-抗毒素系统。毒素基因mazF编码的MazF毒素蛋白可以特异性地剪切自由mRNA的ACA序列,从而抑制蛋白合成、引起细胞生长停滞;近些年,许多学者利用mazF基因作为反向筛选标记对不同种微生物建立了无标记或无痕的基因修饰系统,并实现了不同菌株的基因组修饰。主要综述了大肠杆菌mazF基因作为反向筛选基因的应用原理及其在不同种类微生物的基因修饰系统中的应用进展,然后对mazF基因及其他毒素基因在基因修饰系统中的应用进行了展望。