|
以下主要从细菌耐冷机制的几个方面进行整理：1 膜的流动性，2 胁迫调控因子（rpos 或其他），3 冷胁迫响应的相关基因（冷激蛋白，热激蛋白，冰结合蛋白等），4 细胞物质（甜菜碱，甘油，海藻糖等）。 1 膜的流动性 温度下降时，膜流动性降低， 从而影响膜及细胞的正常生理功能。但低温微生物通过膜脂组成来调节膜的流动性。 如提高不饱和脂肪酸比例， 缩短脂肪酸链平均链长， 增加甲基分支、顺式脂肪酸比例和羟基脂肪酸，减少环状脂肪酸的比例等， 以防止细胞膜从液晶态(liquid crystalline)转变到凝胶态(gelphase)，从而维持膜的流动性。 参考文献： Casanueva A, Tuffin M, Cary C,Cowan DA. Molecular adaptations to psychrophily: the impact of ‘omic’technologies. Trends in Microbiology, 2010(18) 374–381. 2 胁迫调控因子（rpos 或其他） 胁迫应答因子Rpos Rpos是一般细菌胁迫反应的主要调控因子，其是细菌RNA聚合酶的一种σ亚基。σ亚基指导RNA聚合酶识别不同的启动子，从而调节基因的表达。当细胞进入胁迫条件时，细胞内Rpos的数量急剧增加，此时RNA聚合酶依靠Rpos识别启动子，促进胁迫条件下生存所必须基因的转录。 可以诱导Rpos表达的胁迫条件包括碳源和氮源饥饿，渗透压升高，低pH、热激过程，温度升高或低温等等，在细菌体内，大量环境和细胞内信号参与Rpos的调控，这些调控可以发生在转录和翻译水平，降解过程，以及活性调节方面。 参考文献 1、吴晨紫、杨志伟 细菌对胁迫应答因子RpoS的调控 生物技术通报 2010（12）:50-55. 2、R Henggearonis. Signal Transduction and Regulatory Mechanisms Involved in Control of the σS (RpoS) Subunit of RNA Polymerase. Microbiologyand molecular biology reviews : MMBR , 2002 , 66 (3) :373 3、Y Wang , KS Kim. Effect of rpoS mutations onstress-resistance and invasion of brain microvascular endothelial cells in Escherichia coli K1 《Fems Microbiology Letters》 , 2000 , 182 (2) :241-247. 3 冷胁迫响应的相关基因 3-1 冷适应基因 DEAD-box RNA解旋酶基因(deaD)是古菌中第一个被广泛研究的冷适应基因。这个蛋白可能参与细胞内异常蛋白的降解。 参考文献： Dong XZ, Chen ZJ(2012) Psychrotolerant methanogenic archaea: diversity and cold adaptationmechanisms. Science China-Life Sciences, 55, 415–421. 3-2 冷激蛋白 冷激蛋白参与各种代谢过程,如转录、翻译、蛋白质折叠及细胞膜流动性调控等(Phadtare, 2004)。E.coli和Bacillussubtilis是研究冷激反应和冷激蛋白的模式细菌。E.coli 的冷激蛋白包括类群I:CspA、CspB、CspG、CspI、CsdA、RbfA、NusA、PNP和类群II: RecA、IF-2、H-NS、GyrA、Hsc66、HscB等。 CSPs 有一个复杂的表达调控机制, 大部分CSPs 都存在基因转录、mRNA 稳定性和翻译水平三个层面上的表达调控。研究证明, E.coli 的CspA 启动子-35区包含一个25 bp的富含AT 的上游序列。 其在冷激条件下的表达上调可能跟其启动子的结构有关。而目前普遍认为其功能是作为RNA 分子伴侣与RNA 结合起到稳定mRNA 的作用促进翻译顺利进行。 CspA、CspC 和CspE 有消除RNA 二级结构的作用可能具有抗终止子的作用。CspB 的存在则能够阻止mRNA 二级结构的形成使翻译顺利进行。另外，E.coli 在稳定期和营养缺乏时才产生CspD。 参考文献： 1、Phadtare S (2004) Recent developments in bacterial cold-shock response. Current Issuesin Molecular Biology, 6, 125–136 2、Uppal S. Cyclic AMP receptor protein (CRP) regulates the expression of CspA CspB CspGand CspI members of CspA family in E .coli.2015 197(3):497-501. 3、金 鑫等.细菌冷激蛋白研究进展.2016 4、郭建军，龚兴国.冷激蛋白的研究进展.2002 3-3 热激蛋白 热激蛋白(heat shockproteins, Hsps)不仅在细菌的热激反应, 而且在冷激反应中也发挥作用, 这是因为许多Hsps是分子伴侣, 在遇到低温及其他压力时同样可被诱导。 Escherichiacoli在冷激时产生热激蛋白Hsp70的同系物Hsc66。在结果中也找到了一系列热激蛋白和分子伴侣（hscA、hscB、hscC、hspQ），其中hscA和hscB都在低温下表现出表达上调。 参考文献： 1、Chattopadhyay MK (2006) Mechanism of bacterial adaptation to low temperature. Journal ofBioscience and Bioengineering,31, 157–165. 2、Kawahara H, Koda N, Oshio M, Obata H (2000) A cold acclimation protein with refoldingactivity on frozen denatured enzymes. Bioscience, Biotechnology &Biochemistry, 64,2668–2674. 3-4 冰结合蛋白 冰结合蛋白(ice-binding protein, IBP),它可以改变冰生长的形态, 抑制冰的重结晶。 在结果中也找到了两个IBP蛋白，分别是ibpA和ibpB，但这两个蛋白在低温下下调表达，这其中的原因还需要探讨。 参考文献 1、Raymond JA, Fritsen C, Shen K (2007) An ice-binding protein from an Antarctic sea icebacterium. FEMS Microbiology Ecology,61, 214–221. 2、Raymond JA, Christner BC, Schuster SC (2008) A bacterial ice-binding protein from theVostok ice core. Extremophiles,12,713–717. 4 细胞物质（甜菜碱，甘油，海藻糖等） 甘氨酸、甜菜碱、甘油、海藻糖、甘露醇和山梨醇等，可在细胞质内积累到很高浓度，而不干扰细胞的活动，并保护细胞免受低温、高温、干燥等的损害。 4-1海藻糖 海藻糖在细胞中的主要功能是一种典型的细胞应急代谢物，在细胞处于应激时体内可大量合成，常态下又迅速降解。如，活性的干酵母和蛙类等生物都能在干燥或冷冻条件下生存下来。 这些现象被认为是海藻糖在冻结、干燥、高渗透压等严酷的环境下，对生物体膜、膜蛋白等发挥保护功能，还报道它可保护DNA防止放射线引起的损伤。 大量研究结果表明海藻糖对生物体这种保护作用，主要是由于它可以非特异性地稳定细胞内生物膜、蛋白质和核酸等生物大分子的结构。海藻糖合成通路中的相关基因，otsA，otsB都在低温下呈现上调。 参考文献： 1、海藻糖及真菌海藻糖酶的研究现状与展望.冷亚君.2009 2、耐冷菌的适冷机制及其在污水处理中的应用.严凯.2010 4-2甜菜碱 甜菜碱转运蛋白OpuA、OpuC在低温下表达量上升，这可能与低温下细菌将甜菜碱摄入细胞，或者与甜菜碱合成上升有关，从而实现低温的保护作用。 另外，一个甜菜碱合成过程中重要的酶：甜菜碱醛脱氢酶betB，在低温下也有上升的趋势。 参考文献： 1、Hoffmann T, Bremer E (2011) Protection of Bacillus subtilis against cold stress viacompatible-solute acquisition. Journal of Bacteriology, 193, 1552–1562. 2、甜菜碱醛脱氢酶在抗逆境植物种质资源鉴定中的作用. 王凤德等 2006 3、甜菜碱醛脱氢酶基因在大肠杆菌中的表达、纯化及功能性鉴定 黄卓等.《吉林农业大学学报》,2013 , 35 (5):547-551 今天的内容就到这里啦~ |
|
|
