Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Những thay đổi thích nghi trong phản ứng sinh lý và phiên mã của Bifidobacterium longum liên quan đến khả năng chống chịu stress acid sau các văn hóa lô liên tiếp
Tóm tắt
Bifidobacterium sinh sống trong đường ruột của người và động vật được biết đến với tác dụng có lợi cho sức khỏe. Sự chịu đựng với stress acid là điều quan trọng để vi khuẩn bifidobacteria tồn tại và sau đó phát huy tác dụng có lợi trong ruột. Một chiến lược kỹ thuật tiến hóa dựa trên việc thích nghi lâu dài trong các nền văn hóa lô liên tiếp đã được sử dụng để cải thiện khả năng chịu đựng stress acid ở một chủng probiotic công nghiệp, B. longum JDM301. Derivative của nó, JDM301AR cho thấy khả năng kháng cao hơn với một số điều kiện stress, bao gồm stress acid so với chủng cha, JDM301. Để hiểu rõ hơn về phản ứng của bifidobacteria với stress acid, những thay đổi của axit béo (FA) trong màng tế bào của hai chủng này đã được xác định. Một sự thay đổi trong việc sản xuất FA trong màng tế bào, được đặc trưng bởi sự tăng cường C14:0 đã được phát hiện, khi JDM301AR được tiếp xúc với môi trường pH thấp. Điều này gợi ý rằng sự sản xuất C14:0 gia tăng liên quan đến việc thu được kiểu hình chịu acid của JDM301AR. Phân tích RNA-sequencing hiệu suất cao đã được thực hiện để phân tích những thay đổi trong hồ sơ biểu hiện gen sau khi tiếp xúc với acid. Các hồ sơ phiên mã của JDM301AR và JDM301 trong điều kiện bình thường và stress acid đã được so sánh để làm rõ phản ứng acid khác nhau giữa chúng. Tổng cộng có 5 gen liên quan đến chuyển hóa FA được điều chỉnh tăng và không có gen nào được điều chỉnh giảm trong phản ứng với stress acid ở JDM301AR. Các gen BLJ_0565 và BLJ_1105 được điều chỉnh tăng có thể đóng vai trò quan trọng trong việc thay đổi thành phần FA của màng tế bào JDM301AR sau khi tiếp xúc với acid. Nhìn chung, các kết quả này gợi ý rằng các nền văn hóa lô liên tiếp đã kích thích khả năng chịu đựng stress acid của B. longum liên quan đến phản ứng phiên mã và sinh lý, bao gồm việc sửa đổi thành tế bào và màng tế bào, chuyển hóa axit amin và trung hòa pH nội bộ bằng cách tăng cường sản xuất và vận chuyển NH3.
Từ khóa
#Bifidobacterium longum #stress acid #sản xuất axit béo #phản ứng sinh lý #phương pháp RNA-sequencingTài liệu tham khảo
Hidalgo-Cantabrana C, Delgado S, Ruiz L, Ruas-Madiedo P, Sanchez B, Margolles A. Bifidobacteria and their health-promoting effects. Microbiol Spectr. 2017. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.BAD-0010-2016.
Wei YX, Ye L, Liu DB, Zhang ZY, Liu C, Guo XK. Activation of the chromosomally encoded mazEF(Bif) locus of Bifidobacterium longum under acid stress. Int J Food Microbiol. 2015;207:16–22.
Meance S, Cayuela C, Turchet P, Raimondi A, Lucas C, Antoine JM. Afermented milk with a Bifidobacterium probiotic strain DN-173 010 shortened oro-fecal gut transit time in elderly. Microb Ecol Health Dis. 2001;13:217–22.
Matias NS, Padilha M, Bedani R, Saad SMI. In vitro gastrointestinal resistance of Lactobacillus acidophilus La-5 and Bifidobacterium animalis Bb-12 in soy and/or milk-based synbiotic apple ice creams. Int J Food Microbiol. 2016;234:83–93.
Sanchez B, Champomier-Verges MC, Collado Mdel C, Anglade P, Baraige F, Sanz Y, Reyes-Gavilan CG, Margolles A, Zagorec M. Low-pH adaptation and the acid tolerance response of Bifidobacterium longum biotype longum. Appl Environ Microbiol. 2007;73:6450–9.
Len AC, Harty DW, Jacques NA. Proteome analysis of Streptococcus mutans metabolic phenotype during acid tolerance. Microbiology. 2004;150:1353–66.
Flahaut S, Hartke A, Giard JC, Benachour A, Boutibonnes P, Auffray Y. Relationship between stress response toward bile salts, acid and heat treatment in Enterococcus faecalis. FEMS Microbiol Lett. 1996;138:49–54.
Wei Y, Yang F, Wu Q, Gao J, Liu W, Liu C, Guo X, Suwal S, Kou Y, Zhang B, et al. Protective effects of bifidobacterial strains against toxigenic Clostridium difficile. Front Microbiol. 2018;9:888.
Wei Y, Li Y, Yang F, Wu Q, Liu D, Li X, Hua H, Liu X, Wang Y, Zheng K, Tang R: Physical and Functional Interplay between MazF1(Bif) and Its Noncognate Antitoxins from Bifidobacterium longum. Appl Environ Microbiol 2017, 83.
Yurtsev EA, Conwill A, Gore J. Oscillatory dynamics in a bacterial cross-protection mutualism. Proc Natl Acad Sci USA. 2016;113:6236–41.
Vattanaviboon P, Mongkolsuk S. Unusual adaptive, cross protection responses and growth phase resistance against peroxide killing in a bacterial shrimp pathogen, Vibrio harveyi. FEMS Microbiol Lett. 2001;200:111–6.
Hartke A, Bouche S, Gansel X, Boutibonnes P, Auffray Y. Starvation-induced stress resistance in Lactococcus lactis subsp. lactis IL1403. Appl Environ Microbiol. 1994;60:3474–8.
Sanchez B, Ruiz L, Gueimonde M, Ruas-Madiedo P, Margolles A. Adaptation of bifidobacteria to the gastrointestinal tract and functional consequences. Pharmacol Res. 2013;69:127–36.
Svanback R, Pineda-Krch M, Doebeli M. Fluctuating population dynamics promotes the evolution of phenotypic plasticity. Am Nat. 2009;174:176–89.
Jaworski AF, Lodha PH, Manders AL, Aitken SM. Exploration of the active site of Escherichia coli cystathionine gamma-synthase. Protein Sci. 2012;21:1662–71.
Irmler S, Schafer H, Beisert B, Rauhut D, Berthoud H. Identification and characterization of a strain-dependent cystathionine beta/gamma-lyase in Lactobacillus casei potentially involved in cysteine biosynthesis. FEMS Microbiol Lett. 2009;295:67–76.
Ernst DC, Downs DM. The STM4195 gene product (PanS) transports coenzyme A precursors in Salmonella enterica. J Bacteriol. 2015;197:1368–77.
Thomas J, Cronan JE. Antibacterial activity of N-pentylpantothenamide is due to inhibition of coenzyme a synthesis. Antimicrob Agents Chemother. 2010;54:1374–7.
Tsuchiya Y, Zhyvoloup A, Bakovic J, Thomas N, Yu BYK, Das S, Orengo C, Newell C, Ward J, Saladino G, et al. Protein CoAlation and antioxidant function of coenzyme A in prokaryotic cells. Biochem J. 2018;475:1909–37.
Rubio S, Whitehead L, Larson TR, Graham IA, Rodriguez PL. The coenzyme a biosynthetic enzyme phosphopantetheine adenylyltransferase plays a crucial role in plant growth, salt/osmotic stress resistance, and seed lipid storage. Plant Physiol. 2008;148:546–56.
Siudeja K, Srinivasan B, Xu L, Rana A, de Jong J, Nollen EA, Jackowski S, Sanford L, Hayflick S, Sibon OC. Impaired Coenzyme A metabolism affects histone and tubulin acetylation in Drosophila and human cell models of pantothenate kinase associated neurodegeneration. EMBO Mol Med. 2011;3:755–66.
Castano-Cerezo S, Bernal V, Post H, Fuhrer T, Cappadona S, Sanchez-Diaz NC, Sauer U, Heck AJ, Altelaar AF, Canovas M. Protein acetylation affects acetate metabolism, motility and acid stress response in Escherichia coli. Mol Syst Biol. 2014;10:762.
Horcajo P, de Pedro MA, Cava F. Peptidoglycan plasticity in bacteria: stress-induced peptidoglycan editing by noncanonical D-amino acids. Microb Drug Resist. 2012;18:306–13.
Botella H, Vaubourgeix J, Lee MH, Song N, Xu W, Makinoshima H, Glickman MS, Ehrt S. Mycobacterium tuberculosis protease MarP activates a peptidoglycan hydrolase during acid stress. EMBO J. 2017;36:536–48.
Mukherjee A, Cao C, Lutkenhaus J. Inhibition of FtsZ polymerization by SulA, an inhibitor of septation in Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998;95:2885–90.
Cheverton AM, Gollan B, Przydacz M, Wong CT, Mylona A, Hare SA, Helaine S. A salmonella toxin promotes persister formation through acetylation of tRNA. Mol Cell. 2016;S1097–2765:30139.
Tiwari P, Arora G, Singh M, Kidwai S, Narayan OP, Singh R. MazF ribonucleases promote Mycobacterium tuberculosis drug tolerance and virulence in guinea pigs. Nat Commun. 2015;6:6059.
Chang YY, Cronan JE Jr. Membrane cyclopropane fatty acid content is a major factor in acid resistance of Escherichia coli. Mol Microbiol. 1999;33:249–59.
Diez-Gonzalez F, Karaibrahimoglu Y. Comparison of the glutamate-, arginine- and lysine-dependent acid resistance systems in Escherichia coli O157:H7. J Appl Microbiol. 2004;96:1237–44.
Kandiah E, Carriel D, Perard J, Malet H, Bacia M, Liu K, Chan SW, Houry WA, Choudens S, Elsen S, Gutsch I. Structural insights into the Escherichia coli lysine decarboxylases and molecular determinants of interaction with the AAA + ATPase RavA. Sci Rep. 2016;6:24601.
van Schaik W, Gahan CG, Hill C. Acid-adapted Listeria monocytogenes displays enhanced tolerance against the lantibiotics nisin and lacticin 3147. J Food Prot. 1999;62:536–9.
Liu S, Ren F, Jiang J, Zhao L. Acid Response of Bifidobacterium longum subsp. longum BBMN68 is accompanied by modification of the cell membrane fatty acid composition. J Microbiol Biotechnol. 2016;26:1190–7.
Trautmann D, Beyer P, Al-Babili S. The ORF slr0091 of Synechocystis sp. PCC6803 encodes a high-light induced aldehyde dehydrogenase converting apocarotenals and alkanals. FEBS J. 2013;280:3685–96.
Jo JE, Mohan Raj S, Rathnasingh C, Selvakumar E, Jung WC, Park S. Cloning, expression, and characterization of an aldehyde dehydrogenase from Escherichia coli K-12 that utilizes 3-Hydroxypropionaldehyde as a substrate. Appl Microbiol Biotechnol. 2008;81:51–60.
Yin H, Zhang R, Xia M, Bai X, Mou J, Zheng Y, Wang M. Effect of aspartic acid and glutamate on metabolism and acid stress resistance of Acetobacter pasteurianus. Microb Cell Fact. 2017;16:109.
Smimova GVOO. Glutathione in bacteria. Biochemistry. 2005;70:1199–211.
Zhang J, Fu RY, Hugenholtz J, Li Y, Chen J. Glutathione protects Lactococcus lactis against acid stress. Appl Environ Microbiol. 2007;73:5268–75.
Oberg TS, Ward RE, Steele JL, Broadbent JR. Genetic and physiological responses of Bifidobacterium animalis subsp. lactis to hydrogen peroxide stress. J Bacteriol. 2013;195:3743–51.
Wang L, Feng Z, Wang X, Zhang X. DEGseq: an R package for identifying differentially expressed genes from RNA-seq data. Bioinformatics. 2010;26:136–8.
Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods. 2001;25:402–8.
Sasser M. Identification of bacteria by gas chromatography of cellular fatty acids. technical note 101. Newark: Midi Inc; 1990.
Oberg TS, Ward RE, Steele JL, Broadbent JR. Identification of plasmalogens in the cytoplasmic membrane of Bifidobacterium animalis subsp lactis. Appl Environ Microbiol. 2012;78:880–4.