О роли диоксида углерода в регуляции адаптивной пролиферации бактерий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Адаптивная пролиферация бактерий или клеточное деление в отсутствие экзогенного органического субстрата контролируется с помощью плотностно-зависимых механизмов при участии АГЛ- и АИ-2-зависимых систем кворум сенсинга. Наряду с сигнальными молекулами этих систем бактериальной коммуникации в регуляции также могут принимать участие метаболиты бактерий, которые перманентно выделяются в процессе микробного метаболизма, например, СО2, и, таким образом, могут служить биомаркерами клеточной плотности. Установлено, что диоксид углерода необходим для инициации адаптивной пролиферации, а повышенное содержание атмосферного СО2 вызывает преждевременную остановку этого процесса. Таким образом, СО2 способен регулировать адаптивные реакции бактерий, в том числе, вероятно, является одним из сигналов, участвующих в инициации и терминации процесса адаптивной пролиферации. Показано, что СО2 в виде бикарбонат-иона HCO3– может активировать цАМФ-зависимый сигнальный каскад, а также включается в клеточную массу бактерий.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. Е. Петрова

ФИЦ КазНЦ РАН

Email: poe60@mail.ru

Казанский институт биохимии и биофизики

Россия, 420111, Казань

О. И. Парфирова

ФИЦ КазНЦ РАН

Email: poe60@mail.ru

Казанский институт биохимии и биофизики

Россия, 420111, Казань

В. Н. Воробьев

ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский федеральный университет

Email: poe60@mail.ru

Казанский институт биохимии и биофизики, Институт фундаментальной медицины и биологии

Россия, 420111, Казань; 420008, Казань

В. В. Горшков

ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: poe60@mail.ru

Казанский институт биохимии и биофизики, Институт фундаментальной медицины и биологии

Россия, 420111, Казань; 420008, Казань

Список литературы

  1. Мясник М. Н. Динамика клеточной популяции бактерий при исчезающее малых количествах питательных веществ в среде // Тез. докладов II Всесоюзного совещания “Управляемый синтез и биофизика популяций”. Красноярск, 1969. С. 287.
  2. Braun A., Spona-Friedl M., Avramov M., Elsner M., Baltar F., Reinthaler T., Herndl G., Griebler C. Reviews and syntheses: heterotrophic fixation of inorganic carbon – significant but invisible flux in environmental carbon cycling // Biogeosci. 2021. V. 18. P. 3689‒3700.
  3. Chen Y., Cann M. J., Litvin T. N., Iourgenko V., Sinclair M. L., Levin L. R., Buck J. Soluble adenylyl cyclase as an evolutionarily conserved bicarbonate sensor // Science. 2000. V. 289. Р. 625‒628.
  4. Dehority B. A. Carbon dioxide requirement of various species of rumen bacteria // J. Bacteriol. 1971. V. 105. P. 70‒76.
  5. Gorshkov V., Petrova O., Gogoleva N., Gogolev Y. Cell-to-cell communication in the populations of enterobacterium Erwinia carotovora ssp. atroseptica SCRI1043 during adaptation to stress conditions // FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2010. V. 59. P. 378‒385.
  6. Jo B. H., Kim I. G., Seo J. H., Kang D. G., Cha H. J. Engineered Escherichia coli with periplasmic carbonic anhydrase as a biocatalyst for CO2 sequestration // Appl. Environ. Microbiol. 2013. V. 79. Р. 6697‒6705.
  7. Kalia D., Merey G., Nakayama S., Zheng Y., Zhou J., Luo Y., Guo M., Roembke B., Sintim H. O. Nucleotide, c-di-GMP, c-di-AMP, cGMP, cAMP, (p)ppGpp signaling in bacteria and implications in pathogenesis // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 305‒341.
  8. Merlin C., Masters M., McAteer S., Coulson A. Why is carbonic anhydrase essential to Escherichia coli? //J. Bacteriol. 2003. V. 185. P. 6415‒6424.
  9. Petrova O., Gorshkov V., Daminova A., Ageeva M., Moleleki L. N., Gogolev Y. Stress response in Pectobacterium atrosepticum SCRI1043 under starvation conditions: adaptive reactions at a low population density // Res. Microbiol. 2014. V. 165. Р. 119‒127.
  10. Petrova O., Parfirova O., Gogoleva N., Vorob’ev V., Gogolev Y., Gorshkov V. The role of intercellular signaling in the regulation of bacterial adaptive proliferation // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. Art. 7266.
  11. Smith K. S., Ferry J. G. Prokaryotic carbonic anhydrases // FEMS Microbiol. Rev. 2000. V. 24. P. 335‒366.
  12. Sorokin C. Inhibition of cell division by carbon dioxide // Nature. 1962. V. 194. P. 496‒497.
  13. Steegborn C., Litvin T. N., Levin L. R., Buck J., Wu H. Bicarbonate activation of adenylyl cyclase via promotion of catalytic active site closure and metal recruitment // Nat. Struct. Mol. Biol. 2005. V. 12. P. 32‒37.
  14. Stretton S., Goodman A. E. Carbon dioxide as a regulator of gene expression in microorganisms // Antonie Van Leeuwenhoek. 1998. V. 73. P. 79‒85.
  15. Striednig B.; Hilbi H. Bacterial quorum sensing and phenotypic heterogeneity: how the collective shapes the individual // Trends Microbiol. 2022. V. 3. P. 379–389.
  16. Stulke J., Kruger L. Cyclic di-AMP signaling in bacteria // Annu. Rev. Microbiol. 2020. V. 74. P. 159‒179.
  17. Williams P., Cámara M. Quorum sensing and environmental adaptation in Pseudomonas aeruginosa: a tale of regulatory networks and multifunctional signal molecules // Curr. Opin.Microbiol. 2009. V. 12. P. 182–191.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика численности КОЕ в культурах P. atrosepticum SCRI1043, растущей на питательной среде LB (черные линии), или культивируемой на безуглеродной среде АВ (серые линии) в присутствии атмосферного СО2 (квадраты) или в его отсутствии (треугольники).

Скачать (29KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Динамика численности КОЕ в культурах P. atrosepticum SCRI1043, растущей на питательной среде LB (а), или культивируемой на безуглеродной среде АВ (б) в присутствии разных концентраций СО2: 1 – атм СО2; 2 – 5% СО2; 3 – 10% СО2; 4 – 20% СО2.

Скачать (29KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспрессия генов карбоновой ангидразы (а) и аденилатциклазы (б) в P. atrosepticum SCRI1043, растущей на питательной среде LB (черные столбики), или культивируемой на безуглеродной среде АВ (серые столбики) в присутствии атмосферного СО2. Уровень экспрессии целевых генов определялся относительно нормирующего фактора, рассчитанного для генов домашнего хозяйства ffh, tuf, recA P. atrosepticum. Представленные значения являются средними значениями из пяти биологических повторностей. Звездочки (*) показывают достоверные различия (двусторонний тест Манна‒Уитни, р < 0.05) между вариантами, обозначенными скобками.

Скачать (26KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024