更全的杂志信息网

环境胁迫下细菌非编码小RNA对基因表达的调控

更新时间:2016-07-05

在不断变化的环境中,细菌遇到各种各样的生存压力,如温度、pH、抗生素、需氧和厌氧环境、离子浓度及营养等。为了适应环境变化,细菌通过复杂的调控网络调节基因表达来对环境变化做出反应。近年来,通过高密度平铺矩阵和RNA测序等技术对基因表达进行研究,发现分布在细菌基因组中的非编码小RNA(small non⁃coding RNA,sRNA)发挥了重要作用[1]。sRNA作为具有独特特性和功能的一类RNA可帮助细菌快速地对环境变化做出应答,相对于蛋白质的调控作用更加经济有效。本文对sRNA的分类、作用机制和环境胁迫下sRNA对基因的表达调控进行综述,以期对细菌sRNA提供全面认识,有助于进一步揭示基因转录后调控和生物适应性进化等生命过程。

胶原蛋白肽作为一种新型的功能食品配料在全球范围内广泛应用。胶原蛋白肽在市场上通常称为胶原蛋白,是以动物的皮、骨、鳞等部位经酶解后产生的产物。因动物疾病和宗教信仰等原因,海洋鱼胶原蛋白肽深受国内消费者喜爱。近年来,因“低聚肽”概念的兴起,有报道称分子量低的胶原低聚肽吸收性好于高分子量产品[1]。本文研究了鳕鱼皮胶原低聚肽对面部肤质改善的临床情况。

1 sRNA的分类

细菌sRNA的长度约为50~500个核苷酸,其编码基因位于基因间区域,约2%~12%的基因间区域编码sRNA[2]。亲缘关系较近的菌属成员之间sRNA序列具有保守性,sRNA开始于一段能折叠成稳定茎环结构的序列,终止于不依赖Rho的转录终止子[3]。sRNA的茎环结构有利于维持分子稳定性,使sRNA比mRNA更加稳定。

根据sRNA生物学功能和作用机制的不同,可将其分为3类:①具有看家功能的sRNA;②影响蛋白质功能的sRNA;③调控基因表达的sRNA。根据sRNA与靶标的位置关系可将其分为顺式编码的sRNA和反式编码的sRNA。顺式编码的sRNA与靶标基因重叠而反式编码的sRNA与靶标基因分离,同时顺式编码的sRNA与转录本之间有良好的碱基配对而反式编码的sRNA通常与转录本之间不存在良好的碱基配对[4]。根据sRNA对RNA分子伴侣Hfq蛋白的依赖与否,分为依赖Hfq的sRNA(如单核细胞增生李斯特菌的LhrA、LhrB和LhrC)和非依赖Hfq的sRNA(如单核细胞增生李斯特菌的RliA、RliB、rnpB和ssrS等)。

2 sRNA的作用机制

多数情况下sRNA通过与靶mRNA配对调控基因表达。sRNA与靶mRNA结合后,可通过如下机制对靶基因进行调控:①sRNA与目标mRNA通过不完全的碱基配对结合,阻碍其与核糖体结合而抑制翻译;②sRNA结合在mRNA的3′端,稳定mRNA的结构;③sRNA结合在mRNA的茎环结构上,打开茎环结构促进翻译[5⁃6]。sRNA 能抑制或激活目的mRNA翻译,一种sRNA可与多种mRNA相互作用,同时sRNA与目的mRNA频繁结合会导致mRNA被RNases快速降解[7]

3 环境胁迫下sRNA对基因表达的调控

细菌sRNA通过感应外界环境条件变化,如温度、铁离子浓度、pH、氧和抗生素作用等,参与转录后基因的表达调控。

脂多糖是革兰阴性细菌细胞壁的组成成分,可阻碍疏水性抗生素进入细菌。PhoP/PhoQ双组分系统能够激活多种修饰脂多糖的基因,从而调节细菌的耐药性。在大肠埃希菌中,MicA sRNA与GcvB sRNA可作为phoPQ mRNA的调控因子,间接调控脂多糖的表达,从而对抗生素进入细菌进行调节[32]。另外,ArcZ sRNA可直接调节乙醇胺转移酶的表达,对脂多糖进行修饰,阻碍抗菌药物进入细菌[33]。改变外膜蛋白(outer membrane proteins,Omp)的组成也是细菌对抗生素耐药的一种机制。MicF sRNA与MicC sRNA可分别靶向作用于膜孔蛋白OmpF与OmpC,导致细菌对抗生素耐药。InvR、MicA、OmrA/B、RseX与RybB这几种sRNA被鉴定为Omp的调节因子,调节革兰阴性细菌外膜流动性和渗透性[34]

3.1 温度的变化

细菌需要时刻监测温度变化,通过复杂的信号传导系统对外界环境温度的变化做出反应。相比于信号传导系统,RNA介导的反馈通路可以更快地对温度变化做出反应,其只需要改变调节区域的结构即可。这个结构可变的区域称为RNA温度计,属于顺式编码sRNA。

微生物的细胞壁对维持细胞的完整性非常重要。同时,细胞壁可以限制有害物质进入细胞。对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的研究发现,在万古霉素和头孢托洛存在的情况下,sRNA10的表达下调,并且下调的sRNA10与mecA基因是反义的。mecA基因可编码青霉素结合蛋白PBP2a,后者可诱导细菌产生高水平β⁃内酰胺类抗生素耐药性,提示sRNA10在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的耐药性中发挥了一定作用[30]。最近,在金黄色葡萄球菌中发现SprX sRNA,其可抑制SpoVG蛋白的合成。SpoVG蛋白由yabJ⁃spoVG操纵子编码,可影响金黄色葡萄球菌对糖肽和苯唑西林的耐药性[31]。

会计管理制度领域的创新,实为一项十分庞大的系统性工程,需做到步步为营,且势必要从之前的人治想法治的道路转变。以企业会计管理方式与制度为中心的新型会计管理制度,从根本上来讲,主要有三种会计管理方式,即:

DsrA sRNA,在低温下高表达的反式编码sRNA,可作为RNA温度调控计和压力诱导因子RpoS的促进因子。在大肠埃希菌中,DsrA sRNA有F和T这2种构型,不同温度下2种构型的比例不一样,高温下T构型多而低温下F构型多。F构型的5′端与RpoS mRNA前部碱基互补配对,改变5′⁃UTR的二级结构,保护RpoS mRNA免受RNA酶的降解作用,从而促进RpoS蛋白的合成[11]。DsrA sRNA也参与mreB转录后的调控。mreB是大肠埃希菌合成细胞壁、维持其杆状形态的关键因子[12]。在环境诱导的低生长率情况下,在低温或者静止期,mreB的下调有赖于DsrA的调节。在Hfq伴侣蛋白的帮助下,DsrA sRNA与mreB mRNA 5′端结合,影响mreB的稳定性及其翻译。DsrA sRNA也可通过σS和类核相关蛋白H⁃NS这2个转录调节因子负向调节mreB mRNA的表达[13]。sRNA通过与靶基因mRNA结合,影响其稳定性及翻译从而达到调节靶基因表达的目的。

另一类RNA温度计是4个U序列,最早在沙门菌的AgsA mRNA中发现。研究发现,AgsA蛋白的表达受温度调控。在低温下,4个U序列温度计在一条链上形成发夹结构,通过与SD序列互补配对阻碍其与核糖体的结合。在热休克条件下,4个U⁃SD螺旋结构稳定性被破坏,从而解除阻止,同时4个U序列在沙门菌其他几个热休克蛋白和毒力基因中被发现[9]。RNA温度调控计在冷休克反应中也很重要。冷休克蛋白是一种RNA伴侣蛋白分子,可与RNA单链结合,在低温下阻止二级结构形成,作为转录的抵抗因子在冷休克条件下促进转录和翻译。CspA基因的表达受到CspA mRNA 5′⁃UTR的RNA温度计调控,在低温下维持CspA mRNA的稳定,从而保证转录的进行[10]。因此,温度的变化通过改变RNA温度计的结构从而达到促进或抑制翻译的作用。

3.2 Fe2+的浓度

NrrF sRNA是在脑膜炎奈瑟菌中检测到的sRNA。NrrF sRNA可对环境中的铁离子做出反应,或受到Fur因子的调节[18]。在脑膜炎奈瑟菌中,Fur因子通过抑制NrrF直接激活相关基因的表达。NrrF sRNA能够结合到sdh转录本中有限的互补区域,下调编码琥珀酸脱氢酶复合体亚单位sdhAsdhC基因的表达。NrrF sRNA对sdhAsdhC基因的调节不需要伴侣蛋白Hfq,而大肠埃希菌中RyhB sRNA介导的铁离子调节需要与Hfq结合才能发挥作用[19]

在式(4)中,为贸易互补性指数,为a国i产品的比较优势,为b国i产品比较劣势,为a国i产品的出口额,Xa为a国的出口总额为世界i产品的出口额,Xw为世界出口总额,为b国i产品的进口额,为b国的进口总额。两国的综合贸易互补指数可以用各产业贸易所占比重进行加权平均,加权系数为世界贸易中各类产品的贸易比重,即。计算公式如下:

RfrA和RfrB这2种sRNA对伤寒沙门菌在巨噬细胞中的复制非常重要。Fur因子可抑制这2种sRNA的表达,从而影响伤寒沙门菌在人巨噬细胞中的复制。从含铁细胞、Fe3+螯合物的量及Fur因子的表达来看,RfrARfrB缺失都可形成独特的伤寒沙门菌表型,细菌复制能力显著下降,提示RfrARfrB在铁离子的调控中具有一定的作用[14]

研究发现,在铁离子缺乏条件下大肠埃希菌表达RyhB sRNA。RyhB在转录水平受到Fur⁃Fe2+复合体的调控,其表达可导致sdhCDABacnAfumAbfracnAsodB等6个铁缺乏相关基因mRNA转录下调[15]。RyhB sRNA也可与 shiA mRNA的5′⁃UTR端配对,取代封闭核糖体结合位点的内部抑制结构,从而促进转录起始复合物的形成,提高莽草酸乙酯通透酶mRNA的转录,而莽草酸乙酯通透酶对铁离子高亲和性含铁细胞的生成是必须的[16]。RyhB sRNA 也可调节编码 Fe⁃S簇形成蛋白质的操纵子iscRSUA。在铁缺乏的情况下,RyhB sRNA通过与iscRSUA转录本iscRiscS mRNA之间区域的不完全互补配对,在iscR mRNA的3′⁃UTR形成稳定的二级结构,保护其不被降解,iscR转录的增加激活编码Fe⁃S簇形成蛋白质的suf操纵子[17]。铁离子缺乏条件下,相关sRNA可通过与靶mRNA互补配对,解除核糖体结合位点的抑制或提高靶mRNA的稳定性从而调节靶基因的转录与翻译,增强细菌对环境的适应性。

铁离子是细胞生长必须的元素,参与调控许多生物学功能,但过高浓度会产生毒性作用。因此,细菌体内铁离子浓度受到严格调控。在多数细菌中,铁摄入调控因子(ferric uptake regulator,Fur)是主要的铁离子稳态感受器。在铁离子充足的情况下,Fur的表达受抑制。当细胞内铁离子浓度降低时,Fur的表达上调。

3.3 氧化应激的作用

许多病原菌入侵细胞的时候都会遭遇氧化应激反应。在感染的最初阶段,细菌利用多种sRNA对氧化应激做出反应。当结核分枝杆菌暴露于H2O2的环境中时,B11、B55、F6和 ASpks sRNA 会被诱导表达升高[20]。与此同时,ASpks sRNA的表达与pks8pks12pks15 mRNA下调一致。

Li等[21]发现,OxyS 这种 LysR 型转录因子可作为结核分枝杆菌氧化应激中的调节因子。过表达的OxyS可降低过氧化物酶KatG基因的表达。OxyS可直接与KatG基因的启动子区域结合,结合位点的中心是一段富含GC的T⁃N(11)A基序,并且OxyS与KatG基因结合的活性受到H2O2的抑制。Daugherty等[22]检测了对Ub2抗菌肽敏感性增高的耻垢分枝杆菌转座子突变株,发现过表达OxyS可抑制ahpCD基因的转录,RoxY sRNA可抑制OxyS,而ahpCD基因参与过氧化物解毒系统的编码,提示RoxY sRNA在耻垢分枝杆菌的氧化应激中发挥一定的作用。在伤寒沙门菌感染的巨噬细胞中,伤寒沙门菌编码的IsrC sRNA与IsrN sRNA可表现出与OxyS在氧化应激中相似的表达变化,提示IsrCIsrN在氧化应激中发挥重要作用。另外,Calderon等[23]发现,在伤寒沙门菌中,由OxyR调控的RyhB⁃1及RyhB⁃2 sRNA在氧化应激中发挥重要作用。多种sRNA的参与帮助细菌在氧化应激中生存下来,进而提高其感染机体的能力。

3.4 pH的刺激

肠道内细菌对抗胃内极度酸性的能力对其在肠道的生长和繁殖非常重要。在一些革兰阳性细菌和革兰阴性细菌中,谷氨酸盐依赖的耐酸性系统在保护细胞免受高浓度的H+伤害中至关重要。GadAGadB以谷氨酸盐为底物,编码催化产生γ⁃氨基丁酸的谷氨酸脱羧酶;GadC是参与γ⁃氨基丁酸与外界谷氨酸盐交换的转运蛋白。GadEGadXGadWCRP、类核蛋白H⁃NS和σS可通过一系列途径对这些谷氨酸盐依赖的耐酸性系统中的蛋白进行调节[24]

人际元功能带有很重的语义负荷(Halliday 1994:190-191)。实现人际功能的语法资源有语气、情态、语调等。在Halliday关于语气的语法研究推动下,早期人际语篇分析主要涉及物品和服务交换以及信息交流的研究,侧重人际交往,聚焦于人际的“际”(Martin 2004)。然而,人际元功能是否只能由语气、情态和语调等语法资源来实现呢?人际功能中“人”的因素如何体现?

Gaida 等[25]发现 σS激活因子 DsrA sRNA、RprA sRNA与ArcZ sRNA同时过表达可将大肠埃希菌抗酸性提高8 500倍以上,保护其免受酸性环境的伤害。这3种sRNA主要通过上调RpoS蛋白水平,进而影响RpoS⁃H⁃NS调控网络来提高大肠埃希菌的抗酸能力。

在高pH环境中,细菌通过产生脱氨酶、糖酵解和改变细胞膜性质等途径增加酸性物质,以应对高pH环境。有研究发现,alx mRNA的5′⁃UTR可作为pH反应性RNA区域即PRE核糖开关(PRE riboswitch,pH responsive RNA element)。在中性环境中,PRE通过形成无活性的转录结构N封闭alx mRNA的SD序列及发夹环中间的翻译起始密码子。在高碱性环境中,PRE可形成有活性的H结构,核糖体30S亚基可与alx mRNA的SD段结合,进而促进alx的翻译[26]。过高或过低的pH环境使得多数细菌难以生存,细菌通过表达多种sRNA提高其对酸或碱的抵抗力,以适应环境变化。

3.5 有氧或无氧环境的变化

在有氧或无氧条件下,细菌通过2个调节因子——延胡索酸盐和硝酸盐还原调节蛋白(fumarate and nitrate reduction regulatory protein,FNR)和有氧呼吸双组分系统(aerobic respiratory control two⁃component system,Arc)调节相关基因的表达。Arc系统由ArcA调节因子和ArcB激酶组成。在乏氧情况下,FNR通过[4Fe⁃4S]2+感受氧的缺乏,ArcA/B通过氧化醌量的变化来感受氧的缺乏,随后ArcB激酶自身磷酸化,ArcA调节因子被激活[27]。FNR蛋白可抑制与需氧功能相关的基因,促进无氧条件下相关酶基因的表达,而ArcA的生物学作用与FNR相反。

从有氧环境转到无氧环境中,FnrS基因被FNR与ArcA激活,Hfq依赖的FnrS sRNA被合成,从而抑制一系列有氧环境中代谢酶的合成。FnrS sRNA 5′端区域可与 sodBfolEfolX mRNA 结合,从而抑制其表达。FnrS sRNA中心区域可与maeAgpmA mRNA结合,从而对无氧环境中的代谢进行调节。σS可对多种压力做出反应,并通过激活一系列基因来帮助细菌适应环境变化。在乏氧条件下,大肠埃希菌σS激活因子ArcZ的表达被抑制,从而增强ArcA⁃ArcB的转录调控作用。ArcZ可直接抑制ArcB的转录,从而在ArcA⁃ArcB调控中形成负反馈调控机制[28]

乏氧环境下,在奈瑟菌属中发现AniS sRNA,AniS可被FNR激活。通过全基因组分析发现,AniS sRNA通过与编码PrlC寡聚肽的NMB0214 mRNA和脂蛋白的NMB1468 mRNA结合发挥作用。AniS sRNA与其他Hfq依赖的sRNA不同,在Hfq蛋白存在的情况下,AniS sRNA的稳定性下降,尽管Hfq蛋白可促进AniS sRNA与靶mRNA结合[29]。有氧环境到无氧环境的转变或乏氧条件下,细菌表达一系列的sRNA与靶mRNA结合,进而参与多种细菌代谢调控网络,增加其对环境的适应,维持其生存。

3.6 抗生素的暴露

近年来的研究发现,细菌sRNA与抗生素暴露密切有关。分别用4种抗生素(万古霉素、利奈唑胺、头孢吡肟和替加环素)处理金黄色葡萄球菌,可发现36种sRNA的表达发生变化,其中sRNA 101、sRNA 117、sRNA 322、sRNA 339 、sRNA 242及sRNA 126等表达下调,而sRNA 124、sRNA 113、sRNA 128、sRNA 160及 sRNA 217等表达上调[30],提示sRNA与细菌耐药性密切相关。

试验样地设在离青海湖二郎剑景区靠东方向6~7 km的甲乙村,甲乙村是一个藏族聚居村,位于倒淌河镇西部,青海湖南岸,平均海拔3 300 m。平均气温-0.5℃,月均最低气温(12月)-22.3℃,最高气温(7月)18.5℃。年降水量338 mm,无霜期38 d,农作物生长期130~150 d,牧草生长期150~170 d。

通常RNA温度计位于mRNA的5′端非编码区(5′⁃untranslated region,5′⁃UTR),在低温下形成阻止夏因⁃达尔加诺(Shine⁃Dalgarno,SD)序列与30S核糖体亚单位结合的构象,随着温度升高,其二级结构的稳定性被破坏,进而形成翻译起始复合物[8]。最常见的RNA温度计是热休克表达抑制(repression of the heat shock expression,ROSE)元件,一段位于5′⁃UTR的热反应RNA,其5′端的发夹环结构在热休克环境中保持稳定,而3′端包含SD序列的发夹环结构只在低温下保持稳定。随着温度升高,ROSE元件3′端RNA的茎环结构被破坏,进而促进核糖体与SD序列结合,启动mRNA翻译[9]

②“FKB液态菌剂”应用于底泥掺混物中,堆沤过程中通过微生物的作用降解污染物并控制酸化。有机肥及先锋植物枯枝落叶在分解中培养了大量有益微生物,豆科植物根际共生大量固氮微生物,厌氧微生物种群的大量繁殖与共同作用,不断提高土壤生态系统的健康与免疫力。

革兰阴性细菌的外膜可限制抗菌药物进入细菌体内,主动外排系统可主动将进入膜内尚未发生作用的抗菌药物或其他物质选择性或非选择性地排出菌体外,降低菌体内药物的浓度。MtrCDE外排泵和内膜蛋白可帮助淋病奈瑟菌抵抗青霉素和红霉素等多种疏水性抗生素,而NrrF sRNA可抑制MtrF mRNA的表达,降低MtrF蛋白水平[35]。研究发现,DsrA sRNA 作为 σS的正向调控因子,可诱导大肠埃希菌多重耐药性的产生。DsrA sRNA可促进编码MdtEF多药物外排泵基因的表达,进而影响细菌对抗生素的易感性[36]。同理,其他的sRNAs如ArcZ、RprA及OxyS,都可对σS进行调控,这些sRNA也可参与对MdtEF多药物外排泵表达的调节。同样,RyhB sRNA可激活编码感应和转运大肠菌素的CirA mRNA。正常情况下CirA mRNA的SD序列被封闭,在铁离子缺乏的条件下,RyhB sRNA可与CirA mRNA的SD序列结合,促进其翻译。因此,RyhB sRNA可通过影响Ci⁃rA的表达来调节细菌对大肠菌素的敏感性[37]

细菌不断增长的耐药性已引起人们的广泛关注,细菌耐药机制也成为近年来的研究热点。细菌通过转录一系列的sRNA影响细菌细胞壁的成分、脂多糖的合成或主动外排系统来增加细菌对多种抗生素的耐药性,这种新颖的耐药机制有待深入研究。

4 细菌sRNA与毒力的变化

Hfq和CsrA蛋白在细菌的毒力和代谢中发挥关键作用,细菌多种sRNA通过与这2种蛋白结合而发挥作用。RNA结合蛋白CsrA在许多致病菌的毒力表达中发挥了非常重要的作用。CsrA在大肠埃希菌中作为糖原合成调控因子,其同源物已经在1 500多种细菌中被注释。CsrA结合区在mRNA富含GGA的区域,其结合通常可导致核糖体结合的减弱及mRNA的降解,CsrA主要的活性调节因子是 CsrB样的sRNA[38]

通过全基因组平铺矩阵分析发现了单核李斯特菌Rli27 sRNA。在细胞内感染周期,Rli27 sRNA调节细胞壁相关蛋白Lmo0514的表达;Lmo0514基因上游的不同靶点在感受到环境中的信号后,可形成具有不同5′⁃UTR长度的Lmo0514转录本亚型;这2个亚型在其5′⁃UTR包含不同的作用靶位,并且细胞内的表达不同。在细胞内感染周期中,含有长5′⁃UTR的亚型表达Rli27结合位点,两者结合后,SD序列的封闭作用解除,Lmo0514蛋白的合成增加[39]

2.3 饮食、生活习惯不良 现今儿童的主要抚养人多缺乏科学的育儿知识,不注意良好饮食结构和习惯的养成。有研究[4]发现,小儿厌食症的主要病因是喂养不当、饮食不节。由于对孩子的溺爱,导致饮食、生活习惯不良,高鹏翔等[11-12]认为,吃零食过多是小儿厌食症发生的主要危险因素,并且有研究显示偏食挑食、户外活动少均是小儿厌食的危险因素。近年来儿童普遍电子屏幕暴露过多,每天看电视、玩手机超过1h的儿童出现更多饮食行为问题[13]。

在肠道鼠伤寒沙门菌中,AmgR sRNA由mgtCmgtB 2个基因间区的启动子转录而来,位于mgtCBR操纵子的反义链,可与其多顺反子mRNA 5′端互补[40]mgtCBR操纵子可编码影响细菌毒力和维持Mg2+稳态的MgtC蛋白;MgtR通过FtsH激酶介导MgtC的降解。AmgR sRNA可抑制MgtC与MgtB蛋白质的水平,促进MgtR与MgtC结合,降解MgtC。在肠道鼠伤寒沙门菌,AmgR可降低由MgtC蛋白介导的毒力[41]。同样,在肠道鼠伤寒沙门菌中,发现了由pSLT毒力质粒编码的lesR⁃1 sRNA[42]。在成纤维细胞的定植中,lesR⁃1 偏向于在细菌休眠期表达;lesR⁃1缺失影响肠道鼠伤寒沙门菌在成纤维细胞中的生长,并且可降低小鼠感染模型的毒力。作为与PSLT047转录本有重叠的sRNA,lesR⁃1 sRNA 通过与 RNA 3′端的相互作用引起PSLT047蛋白水平的改变,进而对毒力进行调节。另外,有研究报道,在肠道鼠伤寒沙门菌毒力岛(Salmonella pathogenicity island,SPI)中发现了一个sRNA依赖的组织特异性毒力调控机制[43]。IsrM sRNA可在体外模拟肠道感染的环境中表达,并且研究结果显示IsrM在回肠中高表达,提示其在沙门菌的致病中发挥了一定作用。IsrM可靶向作用于SPI的效应基因SopAHilE基因。HilE是沙门菌毒力的主要调节因子,IsrM通过与HilESopA mRNA的5′⁃UTR结合,掩盖其附近的SD序列,进而阻止2种蛋白的产生,从而调节肠道鼠伤寒沙门菌毒力。

在布氏杆菌感染小鼠中,AbcR1AbcR2对其在巨噬细胞中的生存非常重要[44]。AbcR1 sRNA与AbcR2 sRNA中单个突变并不影响其在细胞中的生长;而AbcR1 sRNA与AbcR2 sRNA同时突变菌株对小鼠的感染性明显改变。在被感染的巨噬细胞中,2个sRNA分别表达过剩,但发挥着互补的调节功能,功能性冗余的RNA分子可保证在细菌致病的生命周期中所需基因得以表达。细菌毒力的高低对其感染宿主至关重要。在感染过程中,细菌通过表达多种sRNA增加其毒力,发挥其致病性。对毒力相关的细菌sRNA的研究可为控制细菌的致病性提供新思路。

5 总结与展望

由于高通量测序与生物信息学技术的发展,在细菌调控网络中发挥作用的sRNA不断被发现。尽管目前在细菌中发现上百种sRNA,但大部分sRNA的生物学功能并未得到完全的阐释。sRNA作为原核生物中新发现的一类基因表达调控因子,可通过感应外界环境条件变化参与不同的调节途径,帮助细菌适应环境。本文对环境胁迫下细菌sRNA的表达变化及其对基因的表达调控进行综述,对揭示细菌基因转录后调控和生物适应性进化等生命过程具有重要意义。同时,深入挖掘sRNA在细菌生物学和致病过程中的作用并探讨sRNA在毒力和宿主免疫方面的功能将成为研究趋势,可为研发新的诊断标志物和以sRNA为作用靶点的新一代抗菌药物提供参考依据。

采用灰色系统理论进行评价。以各指标的最优值设定理想品种,为参考序列L0,采用初值变换消除量纲,参照张学杰[8]的方法,进行关联系数计算。结合层次分析法确定的权重计算加权关联系数并排序,通过比较与理想品种关联系数的大小对品种的加工适应性进行评价[7]。

参考文献

[1]Gomez⁃Lozano M,Marvig RL,Molin S,et al.Identi⁃fication of bacterial small RNAs by RNA sequencing[J].Methods Mol Biol,2014,1149:433⁃456.

[2]Waters LS,Storz G.Regulatory RNAs in bacteria[J].Cell,2009,136(4):615⁃628.

[3]Mcneil BA,Zimmerly S.Novel RNA structural fea⁃tures of an alternatively splicing group II intron from Clostridium tetani[J].RNA,2014,20(6):855⁃866.

[4]Brantl S.Acting antisense:plasmid⁃and chromosome⁃encoded sRNAs from Gram⁃positive bacteria[J].Fu⁃ture Microbiol,2012,7(7):853⁃871.

[5]Storz G,Vogel J,Wassarman KM.Regulation by small RNAs in bacteria:expanding frontiers[J].Mol Cell,2011,43(6):880⁃891.

[6]Rice JB,Balasubramanian D,Vanderpool CK.Small RNA binding⁃site multiplicity involved in translational regulation of a polycistronic mRNA[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2012,109(40):E2691⁃E2698.

[7]Saramago M,Barria C,Dos SR,et al.The role of RNases in the regulation of small RNAs[J].Curr Opin Microbiol,2014,18:105⁃115.

[8]Kortmann J,Narberhaus F.Bacterial RNA thermome⁃ters:molecular zippers and switches[J].Nat Rev Mi⁃crobiol,2012,10(4):255⁃265.

[9]Pesingi PK,Kumawat M,Behera P,et al.Protein⁃L⁃Isoaspartyl Methyltransferase(PIMT)is required for survival of Salmonella Typhimurium at 42 degrees C and contributes to the virulence in poultry[J].Front Microbiol,2017,8:361.

[10] Rennella E,Sara T,Juen M,et al.RNA binding and chaperone activity of the E.coli cold⁃shock pro⁃tein CspA[J].Nucleic Acids Res,2017,45(7):4255⁃4268.

[11] Hammerle H,Vecerek B,Resch A,et al.Duplex for⁃mation between the sRNA DsrA and rpoS mRNA is not sufficient for efficient RpoS synthesis at low tem⁃perature[J].RNA Biol,2013,10(12):1834⁃1841.

[12] White CL,Gober JW.MreB:pilot or passenger of cell wall synthesis?[J].Trends Microbiol,2012,20(2):74⁃79.

[13] Cayrol B,Fortas E,Martret C,et al.Riboregulation of the bacterial actin⁃homolog MreB by DsrA small noncoding RNA[J].Integr Biol(Camb),2015,7(1):128⁃141.

[14] Leclerc JM,Dozois CM,Daigle F.Role of the Salmo⁃nella enterica serovar Typhi Fur regulator and small RNAs RfrA and RfrB in iron homeostasis and interac⁃tion with host cells[J].Microbiology,2013,159(Pt 3):591⁃602.

[15] Porcheron G,Dozois CM.Interplay between iron ho⁃meostasis and virulence:Fur and RyhB as major regu⁃lators of bacterial pathogenicity[J].Vet Microbiol,2015,179(1⁃2):2⁃14.

[16] Sheng H,Stauffer WT,Hussein R,et al.Nucleoid and cytoplasmic localization of small RNAs in Esche⁃richia coli[J].Nucleic Acids Res,2017,45(5):2919⁃2934.

[17] Mandin P,Chareyre S,Barras F.A regulatory circuit composed of a transcription factor,IscR,and a regula⁃tory RNA,RyhB,controls Fe⁃S cluster delivery[J].MBio,2016,7(5):e00966⁃16.

[18] Pannekoek Y,Huis In′t Veld RA,Schipper K,et al.Neisseria meningitidis uses sibling small regulatory RNAs to switch from cataplerotic to anaplerotic metab⁃olism[J].MBio,2017,8(2):e02293⁃16.

[19] Huis In′t Veld RAG,Kramer G,van der Ende A,et al.The Hfq regulon of Neisseria meningitidis[J].FEBS Open Bio,2017,7(6):777⁃788.

[20] Haning K,Cho SH,Contreras LM.Small RNAs in my⁃cobacteria:an unfolding story[J].Front Cell Infect Microbiol,2014,4:96.

[21] Li Y,He ZG.The mycobacterial LysR⁃type regulator OxyS responds to oxidative stress and negatively regu⁃lates expression of the catalase⁃peroxidase gene[J].PLoS One,2012,7(1):e30186.

[22] Daugherty A,Powers KM,Standley MS,et al.Myco⁃bacterium smegmatis RoxY is a repressor of oxyS and contributes to resistance to oxidative stress and bacteri⁃cidal ubiquitin⁃derived peptides[J].J Bacteriol,2011,193(24):6824⁃6833.

[23] Calderon IL,Morales EH,Collao B,et al.Role of salmonella typhimurium small RNAs RyhB⁃1 and Ry⁃hB⁃2 in the oxidative stress response[J].Res Microbi⁃ol,2014,165(1):30⁃40.

[24] Seo SW,Kim D,O'Brien EJ,et al.Decoding genome⁃wide GadEWX⁃transcriptional regulatory networks re⁃veals multifaceted cellular responses to acid stress in Escherichia coli[J].Nat Commun,2015,6:7970.

[25] Gaida SM,Al⁃Hinai MA,Indurthi DC,et al.Synthet⁃ic tolerance:three noncoding small RNAs,DsrA,Ar⁃cZ and RprA,acting supra⁃additively against acid stress[J].Nucleic Acids Res,2013,41(18):8726⁃8737.

[26] Nechooshtan G,Elgrably⁃Weiss M,Altuvia S.Chang⁃es in transcriptional pausing modify the folding dynam⁃ics of the pH⁃responsive RNA element[J].Nucleic Ac⁃ids Res,2014,42(1):622⁃630.

[27] Crack JC,Green J,Thomson AJ,et al.Iron⁃sulfur cluster sensor⁃regulators[J].Curr Opin Chem Biol,2012,16(1⁃2):35⁃44.

[28] Mandin P,Gottesman S.Integrating anaerobic/aerobic sensing and the general stress response through the Ar⁃cZ small RNA[J].EMBO J,2010,29(18):3094⁃3107.

[29] Fantappie L,Oriente F,Muzzi A,et al.A novel Hfq⁃dependent sRNA that is under FNR control and is syn⁃thesized in oxygen limitation in Neisseria meningitidis[J].Mol Microbiol,2011,80(2):507⁃523.

[30] Howden BP,Beaume M,Harrison PF,et al.Analysis of the small RNA transcriptional response in multidrug⁃resistant Staphylococcus aureus after antimicrobial ex⁃posure[J].Antimicrob Agents Chemother,2013,57(8):3864⁃3874.

[31] Eyraud A,Tattevin P,Chabelskaya S,et al.A small RNA controls a protein regulator involved in antibiotic resistance in Staphylococcus aureus[J].Nucleic Acids Res,2014,42(8):4892⁃4905.

[32] Coornaert A,Chiaruttini C,Springer M,et al.Post⁃transcriptional control of the Escherichia coli PhoQ⁃PhoP two⁃component system by multiple sRNAs in⁃volves a novel pairing region of GcvB[J].PLoS Gen⁃et,2013,9(1):e1003156.

[33] Moon K,Six DA,Lee HJ,et al.Complex transcrip⁃tional and post⁃transcriptional regulation of an enzyme for lipopolysaccharide modification[J].Mol Microbi⁃ol,2013,89(1):52⁃64.

[34] Van Puyvelde S,Steenackers HP,Vanderleyden J.Small RNAs regulating biofilm formation and outer membrane homeostasis[J].RNA Biol,2013,10(2):185⁃191.

[35] Jackson LA,Pan JC,Day MW,et al.Control of RNA stability by NrrF,an iron⁃regulated small RNA in Neisseria gonorrhoeae[J].J Bacteriol,2013,195(22):5166⁃5173.

[36] Nishino K,Yamasaki S,Hayashi⁃Nishino M,et al.Effect of overexpression of small non⁃coding DsrA RNA on multidrug efflux in Escherichia coli[J].J An⁃timicrob Chemother,2011,66(2):291⁃296.

[37] Salvail H,Caron MP,Belanger J,et al.Antagonistic functions between the RNA chaperone Hfq and an sRNA regulate sensitivity to the antibiotic colicin[J].EMBO J,2013,32(20):2764⁃2778.

[38] Chao Y,Papenfort K,Reinhardt R,et al.An atlas of Hfq⁃bound transcripts reveals 3′UTRs as a genomic reservoir of regulatory small RNAs[J].EMBO J,2012,31(20):4005⁃4019.

[39] Quereda JJ,Ortega AD,Pucciarelli MG,et al.The listeria small RNA Rli27 regulates a cell wall protein inside eukaryotic cells by targeting a long 5′⁃UTR vari⁃ant[J].PLoS Genet,2014,10(10):e1004765.

[40] Lau CH,Fraud S,Jones M,et al.Mutational activa⁃tion of the AmgRS two⁃component system in amino⁃glycoside⁃resistant Pseudomonas aeruginosa[J].Anti⁃microb Agents Chemother,2013,57(5):2243⁃2251.

[41] Lee JW,Lee EJ.Regulation and function of the Salmo⁃nella MgtC virulence protein[J].J Microbiol,2015,53(10):667⁃672.

[42] Gonzalo⁃Asensio J,Ortega AD,Rico⁃Perez G,et al.A novel antisense RNA from the Salmonella virulence plasmid pSLT expressed by non⁃growing bacteria in⁃side eukaryotic cells[J].PLoS One,2013,8(10):e77939.

[43] Gong H,Vu GP,Bai Y,et al.A Salmonella small non⁃coding RNA facilitates bacterial invasion and in⁃tracellular replication by modulating the expression of virulence factors[J].PLoS Pathog,2011,7(9):e1002120.

[44] Caswell CC,Gaines JM,Roop RN.The RNA chaper⁃one Hfq independently coordinates expression of the VirB type IV secretion system and the LuxR⁃type regu⁃lator BabR in Brucella abortus 2308[J].J Bacteriol,2012,194(1):3⁃14.

何宇婷,陈茶,黄彬
《分子诊断与治疗杂志》2018年第02期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息