QS-Регуляция у грамположительных бактерий
У грамположительных бактерий лучше наиболее подробно изучены несколько систем, принимающих участие в контроле вирулентности Staphylococcus aureus , в регуляции компетентности (т.е. способности принимать экзогенную ДНК при трансформации) Streptococcus pneumoniae , регуляции компетентности и споруляции Bacillus subtilis . В качестве аутоиндукторов QS-систем у грамположительных бактерий используются секретируемые пептиды, AIP .
Примеры AIP приведены в табл. 2 . Среди них - линейные пептиды и пептиды, содержащие тиолактонное кольцо. Они узнаются специфическими рецепторами - двухкомпонентными, связанными с мембранами сенсорными гистидинкиназами. Пептидные сигнальные молекулы не диффундируют через клеточную мембрану. По-видимому, за их выход из клетки в среду отвечают экспортеры пептидов. При этом в большинстве случаев пептиды подвергаются процессингу и модификации.
Различные грамположительные бактерии синтезируют различные пептидные сигнальные молекулы. Сигнальный механизм функционирует через каскад фосфорилирование/дефосфорилирование. Сенсорная киназа фосфорилируется, после чего фосфорильная группа переносится на соответствующий белок - регулятор ответа. Фосфорилированный регулятор ответа связывается с ДНК и активирует транскрипцию гена-мишени ( Miller and Bassler, 2001 ; Waters and Bassler, 2005 , Novick, 2003 ; Lyon and Novick, 2004 ].
Лучше всего изучена система QS у Staphylococcus aureus ( рис. 3 ). S. aureus инфицирует макроорганизм при помощи двухфазной стратегии. На первом этапе инфекции при низкой плотности популяции бактерии продуцируют белковые факторы, способствующие адгезии и колонизации; при высокой плотности популяции (второй этап) синтез этих факторов подавляется, и бактерии начинают секретировать токсины и протеазы. В регуляции этих этапов инфекции участвует QS-система Agr [ Novick, 2003 ; Lyon and Novick, 2004 ]. Система включает аутоиндуктор AIP и agrBDCA-оперон . Ген agrD кодирует предшественник AIP, пропептид, который процессируется, модифицируется (образуется тиолактонное кольцо) и секретируется с участием с участием мембранного белка AgrB . Гены agrC и agrA кодируют два двухкомпонентных белка - сенсорные киназы AgrC и AgrA . AIP функционирует как лиганд, который связывается с AgrC и активирует его фосфорилирование, что приводит к фосфорилированию AgrA. Фосфорилированный AgrA индуцирует экспрессию регуляторной РНК (РНК III), которая подавляет экспрессию факторов клеточной адгезии на втором этапе инфекции и индуцирует экспрессию оперона agr, что, в свою очередь, вызывает индукцию синтеза AIP.
Известны четыре группы S.aureus , синтезирующие AIP с различной последовательностью ( табл.2 ). Интересно, что каждый тип AIP активирует свой собственный рецептор AgrC, но ингибирует активацию рецепторных белков у трех остальных групп, конкурентно связываясь с с ними. В результате, AIP каждой группы стафилококков подавляет активацию каскада вирулентности остальных трех групп S. aureus. В соответствии с этими данными, очищенный пептид AIP стафилококков группы 2 подавляет вирулентность S. aureus группы I при инфекции мышей [ Waters and Bassler, 2005 ; Novick, 2003 ; Lyon and Novick, 2004 ; Mayville et al. 1999 ].
Второй QS-механизм, функционирующий в S. aureus ( рис.3 ), включает белок RAP (RNA III-activating protein, 38 kDa) и белок TRAP (Target of RAP) . RAP стимулирует фосфорилирование TRAP. Фосфорилированный TRAP активирует РНК III и экспрессию оперона agr, приводящую к синтезу AIP . Вирулентность S. aureus может ингибироваться пептидом RIP (RNA III inhibiting peptide) . Этот пептид подавляет фосфорилирование белка TRAP, что приводит к ингибированию синтеза РНК III, вследствие чего прекращается синтез токсина и снижается вирулентность бактериальных клеток. Фосфорилирование белка TRAP может подавляться также AIP, что вызывает подавление клеточной адгезии. Эти данные показывают, что в регуляции патогенеза S. aureus участвует сложная сеть сигнальной трансдукции [ Novick, 2003 ; Balaban et al. 2001 ; Gov et al. 2001 ].
У других грамположительных бактерий, стрептомицетов , к которым относятся основные продуценты антибиотиков, аутоиндукторами QS-систем служат соединения иной природы - гамма-бутиролактоны. QS у этих бактерий участвует в регуляции морфологической дифференцировки и продукции вторичных метаболитов. Интересно, что сигнальные молекулы стрептомицетов структурно сходны с N-ацил-гомосеринлактонами грамотрицательных бактерий. Неизвестно, однако, "общаются" ли между собой эти таксономически далекие группы бактерий с участием указанных сигнальных молекул [ Waters and Bassler, 2005 ].
