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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

毒素-抗毒素系统的调控、生理功能及应用

毒素-抗毒素（toxin-antitoxin,TA）系统是由抗毒素及其同源毒素组成的小遗传元件,毒素可以抑制细胞生长或诱导细胞死亡,抗毒素则可以中和毒素的毒性。根据TA系统的组成和抗毒素的作用方式,TA系统可分为Ⅰ～Ⅷ型共八类,其中Ⅱ型TA系统存在最广泛,调控机制研究得最清楚。TA系统可以维持质粒等遗传元件的稳定性,同时在压力应激、促进生物膜形成、维持细菌致病力、抗噬菌体等方面都扮演着重要角色。研究TA系统的调控与生理功能能丰富人们对于生物多样性的认知,对于微生物资源的开发和利用具有重要的科学意义与应用价值。基于毒素和抗毒素的特点,TA系统被应用于生物医学领域和生物技术领域。本文综述了TA系统的分类、调控机制、生理功能和应用并简单描述了TA系统目前研究面临的问题和未来展望。     

(p)ppGpp——“魔斑”核苷酸在细菌中的研究进展

鸟苷四磷酸（guanosine tetraphosphate,ppGpp）/鸟苷五磷酸（guanosine pentaphosphate,pppGpp）是细菌严谨反应的信号分子,其合成和水解由Rel/SpoT同系物（RelA/SpoT homologue,RSH）家族的蛋白质合成和水解活性控制。（p）ppGpp介导的严谨反应能够提高细菌对营养匮乏的适应能力和抗生素抗性。近年来发现（p）ppGpp与细菌生长和细胞分裂、抗生素合成等都密切相关,是细胞内重要的全局调控因子。（p）ppGpp在细菌细胞中有许多靶点,使其可以调节DNA复制、转录、细胞周期、核糖体生物合成以及抗生素合成基因簇的表达。然而,（p）ppGpp如何控制转录和其他代谢过程取决于细菌种类,并在不同的微生物中通过不同的机制调节相同的过程。因此,本文通过综述（p）ppGpp的合成/水解酶的种类和调节机制,（p）ppGpp对微生物代谢调控机制、对细胞周期的影响机制,以及（p）ppGpp对抗生素合成和耐受性的调控机制,为细菌耐药性研究和细胞生理学研究奠定基础。     

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-抗毒素系统在噬菌体流产感染中的作用北大核心CSCD

细菌常受到数量众多的噬菌体感染,宿主细菌在和噬菌体竞赛中进化出多样化的分子策略,流产感染(abortive infection,Abi)是其中之一。毒素-抗毒素系统(toxin-antitoxin system,TA)会在细菌受到压力胁迫时表达并介导细菌的低代谢甚至休眠,还能直接减少子代噬菌体形成。此外,部分毒素序列和结构与Cas蛋白高度同源,噬菌体甚至会编码抗毒素类似物来阻遏对应毒素的活性。这表明流产感染中细菌死亡过程导致的噬菌体感染失败与TA功能高度重合,TA可能是噬菌体侵染宿主的主要阻力和防御力量之一。文中基于TA系统的分类和功能,对参与噬菌体流产感染的TA系统进行了综述,并预测具有流产功能的TA系统和其在抗生素开发和疾病治疗中的应用前景。这有助于认识细菌-噬菌体相互作用,并指导噬菌体治疗和合成生物学。     

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。     

Regulation of nitrogen starvation responses by the alarmone (p)ppGpp in rice

Nitrogen is an essential macronutrient for all living organisms and is critical for crop productivity and quality.In higher plants, inorganic nitrogen is absorbed through roots and then assimilated into amino acids by the highly conserved glutamine synthetase/glutamine:2-oxoglutarate aminotransferase(GS/GOGAT) cycle.How nitrogen metabolism and nitrogen starvation responses of plants are regulated remains largely unknown. Previous studies revealed that mutations in the rice ABNORMAL CYTOKININ RES...     

ppGpp介导的抗生素胁迫应答机制研究进展

抗生素是由微生物在生长发育后期产生的次级代谢产物,具有杀死或抑制细菌生长的能力,因此被广泛应用于细菌感染的临床治疗。在长期的进化过程中,细菌采取多种方式应对环境中抗生素的威胁。除了广为人知的抗生素耐药性(resistance)之外,细菌还能对抗生素产生耐受性(tolerance)和持留性(persistence),严重影响抗生素的临床疗效。鸟苷四磷酸(guanosine tetraphosphate, ppGpp)和鸟苷五磷酸(guanosine pentaphosphate, pppGpp) (本文统称ppGpp)是细菌应对营养饥饿等不利环境时产生的"报警"信号分子,其能够在全局水平调控基因的表达,使细菌适应不利的环境。越来越多的研究表明,ppGpp与细菌应对抗生素胁迫密切相关。基于此,本文综述了细菌中ppGpp的合成与水解及其作用机制,并重点阐述了ppGpp介导抗生素胁迫应答的分子机制,以期为新型抗生素的开发提供新思路。     

细菌中I型毒素蛋白与细胞膜相互作用机制的研究进展

I型毒素-抗毒素（TA）系统在细菌基因组中广泛存在,在细菌的生长、生存中发挥多种生物学功能,包括抗菌、红细胞毒性、促进持留菌形成、抑制细菌生长或导致细菌休眠等。绝大部分I型毒素蛋白以细胞膜作为靶标,目前已知的一种作用机制是在细胞膜上形成孔洞结构,造成膜电位的下降或细胞膜的破坏,从而抑制ATP的合成或导致细菌死亡;另一种可能的作用机制是毒素蛋白作用在细胞膜上,改变细胞的形状,导致细胞进入休眠状态。I型毒素蛋白-细胞膜作用机制的复杂性和生物功能的多样性远超预期。因此,解析I型毒素蛋白在不同细胞膜中的组装机制及其所形成结构特征就变得非常重要,这也是揭示其结构-功能关系的关键。本文通过综述已报道的I型TA系统的结构特征与生物学功能,结合对其跨膜结构域的预测,探讨了其可能在细胞膜中形成的不同结构及其对功能的影响,分析了影响作用机制的关键因素。这些研究既给耐药细菌的治疗带来机遇,又为新型抗菌药物的研发带来思路。