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Oct 18, 2023

Nature Communications 14권, 기사 번호: 294(2023) 이 기사 인용

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접합은 박테리아 세포 간 플라스미드 DNA 전달을 위한 접촉 의존 메커니즘으로, 이는 항생제 내성 확산에 기여합니다. 여기에서는 실시간 세포 현미경을 사용하여 대장균에서 F-플라스미드의 접합 전달의 세포내 역학을 실시간으로 시각화합니다. 우리는 단일 가닥 형태(ssDNA)의 플라스미드 전달과 그에 따른 이중 가닥 DNA(dsDNA)로의 전환이 특정 타이밍과 세포하 위치에 따라 발생하는 빠르고 효율적인 과정임을 보여줍니다. 특히, ssDNA에서 dsDNA로의 전환은 플라스미드 코딩 단백질 생산 시기를 결정합니다. 수용 세포에 처음 들어가는 주요 영역에는 ssDNA 플라스미드가 유입되는 즉시 주요 단백질의 초기 및 일시적 합성을 허용하는 단일 가닥 프로모터가 있습니다. dsDNA로의 후속 전환은 선도적인 유전자 발현을 끄고 기존 이중 가닥 프로모터의 제어 하에 다른 플라스미드 유전자의 발현을 활성화합니다. 이 분자 전략을 통해 플라스미드의 확립, 유지 및 전파에 순차적으로 관여하는 요소를 적시에 생산할 수 있습니다.

박테리아 DNA 접합은 직접적인 접촉을 통해 유전 정보가 기증자로부터 수용자 세포로 전달되는 광범위한 수평 유전자 전달 메커니즘입니다. 접합은 다양한 대사 특성의 종 내 및 종 간 전파를 담당하며 박테리아 획득 저항의 80%를 차지합니다5. F 플라스미드는 발견된 최초의 접합 요소였으며1,6 현재 대장균 및 기타 장내세균 종에 널리 퍼져 있는 대규모 접합 플라스미드 그룹의 전형적인 대표자로 문서화되어 있으며 콜리신, 독성 인자 및 항생제의 전파와 관련되어 있습니다. 저항7,8,9. 근본적이고 임상적인 중요성으로 인해 F 유사 플라스미드는 접합에 의한 전달과 관련된 분자 반응 및 요인에 대한 자세한 이해를 제공하는 광범위한 연구의 초점이 되었습니다3,4.

기증자 세포 내에서 통합 숙주 인자 IHF, 플라스미드 코딩 보조 단백질 TraY, TraM 및 다기능 이완효소 TraI를 포함한 이완소좀 구성요소는 F 플라스미드10,11,12의 전달 기원(oriT)에 모집됩니다. 릴랙소좀 복합체는 결합 단백질 TraD에 의해 IV형 분비 시스템(T4SS)에 모집되어 사전 개시 복합체가 형성됩니다. TraI 및 TraD 단백질은 활성 접합 기계의 확립에 필요한 핵심 서브유닛 세트의 원형 구성요소이며 공통 명명법에서는 각각 VirD2 및 VirD4라고 합니다. 짝짓기 쌍의 확립은 개시 전 복합체를 활성화하는 아직 특성화되지 않은 신호를 유도한다고 제안됩니다. 그런 다음 TraI는 부위 및 가닥 특이적 DNA 절단(닉)을 플라스미드의 oriT에 도입하고 5' 인산염 말단에 공유 결합된 상태로 유지됩니다. TraI은 또한 T 가닥이라고 불리는 ssDNA 플라스미드를 압출하여 전달하는 헬리카제 역할을 합니다. 처음에 제안되었으며 나중에 이러한 기능을 수행하려면 두 개의 이완제가 필요하다는 것이 확인되었습니다27,28. 이 단계에서 T 가닥의 3'OH는 기증자 세포에서 온전한 원형 ssDNA 플라스미드를 dsDNA로 변환하는 롤링 서클 복제(RCR)를 시작하는 역할을 하고 5'포스페이트는 TraI에 결합합니다. T4SS 기계를 통해 수신 셀로 전송됩니다. T4SS의 분자 구조는 잘 특성화되어 있지만31,32,33,34 T-복합체(T-가닥-TraI 핵단백질)가 기증자 세포막과 수용자 세포막을 통해 전위되는 방식은 아직 불분명합니다.