Annual Review of Microbiology

▪ Abstract  Carotenoids represent one of the most widely distributed and structurally diverse classes of natural pigments, with important functions in photosynthesis, nutrition, and protection against photooxidative damage. In the eubacterial community, yellow, orange, and red carotenoids are produced by anoxygenic photosynthetic bacteria, cyanobacteria, and certain species of nonphotosynthetic bacteria. Many eukaryotes, including all algae and plants, as well as some fungi, also synthesize these pigments. In noncarotenogenic organisms, such as mammals, birds, amphibians, fish, crustaceans, and insects, dietary carotenoids and their metabolites also serve important biological roles. Within the last decade, major advances have been made in the elucidation of the molecular genetics, the biochemistry, and the regulation of eubacterial carotenoid biosynthesis. These developments have important implications for eukaryotes, and they make increasingly attractive the genetic manipulation of carotenoid content for biotechnological purposes.

▪ Abstract  Type III secretion systems allow Yersinia spp., Salmonella spp., Shigella spp., Bordetella spp., and Pseudomonas aeruginosa and enteropathogenic Escherichia coli adhering at the surface of a eukaryotic cell to inject bacterial proteins across the two bacterial membranes and the eukaryotic cell membrane to destroy or subvert the target cell. These systems consist of a secretion apparatus, made of ∼25 proteins, and an array of proteins released by this apparatus. Some of these released proteins are “effectors,” which are delivered into the cytosol of the target cell, whereas the others are “translocators,” which help the effectors to cross the membrane of the eukaryotic cell. Most of the effectors act on the cytoskeleton or on intracellular-signaling cascades. A protein injected by the enteropathogenic E. coli serves as a membrane receptor for the docking of the bacterium itself at the surface of the cell. Type III secretion systems also occur in plant pathogens where they are involved both in causing disease in susceptible hosts and in eliciting the so-called hypersensitive response in resistant or nonhost plants. They consist of 15–20 Hrp proteins building a secretion apparatus and two groups of effectors: harpins and avirulence proteins. Harpins are presumably secreted in the extracellular compartment, whereas avirulence proteins are thought to be targeted into plant cells. Although a coherent picture is clearly emerging, basic questions remain to be answered. In particular, little is known about how the type III apparatus fits together to deliver proteins in animal cells. It is even more mysterious for plant cells where a thick wall has to be crossed. In spite of these haunting questions, type III secretion appears as a fascinating trans-kingdom communication device.

Overexpression of the ATP-binding cassette (ABC) drug transporter P-glycoprotein (P-gp) is often responsible for the failure of chemotherapy as a treatment for human tumors. The presence of proteins homologous to P-gp in organisms ranging from prokaryotes to eukaryotes indicates that drug export is a general mechanism of multidrug resistance. Yeasts are no exception. They have developed a large subfamily of ABC exporters involved in pleiotropic drug resistance (PDR) and in the cellular efflux of a wide variety of drugs. The PDR transporters Pdr5p of Saccharomyces cerevisiae and Cdr1p of Candida albicans are important members of this PDR subfamily, which comprises up to 10 phylogenetic clusters in fungi. Here, we review current achievements concerning the structure, molecular mechanism, and physiological functions of yeast Pdr transporters.

Mutators are cells that have a higher mutation rate than the wild type. Such mutators have been extensively studied in bacteria, and this has led to the elucidation of a number of important DNA repair pathways, as well as revealing new pathways of mutagenesis. Repair defects in humans that lead to mutator phenotypes are responsible for a number of cancer susceptibilities. In some cases, these repair systems are the close counterparts of the equivalent bacterial repair system. Therefore, characterizing bacterial mutators and the repair systems that are deficient can aid in discovering the human homolog of these systems.

Các hệ thống tiết ra loại IV (T4S) có mối quan hệ tổ tiên với các máy conjugation của vi khuẩn. Những hệ thống này lắp ráp như một kênh chuyển vị, và thường cũng như một sợi bề mặt hoặc protein bám dính, tại màng của vi khuẩn Gram âm và Gram dương. Những bào quan này trung gian cho việc chuyển DNA và các chất nền protein đến các tế bào mục tiêu prokaryotic và eukaryotic có nguồn gốc phân loại khác nhau. Nhiều đặc điểm cơ bản của T4S đã được biết đến, bao gồm cấu trúc của các đơn vị máy, các bước lắp ráp máy, các chất nền và cơ chế nhận diện chất nền, cũng như hậu quả của việc chuyển vị chất nền. Một thành tựu gần đây cũng đã cho phép xác định lộ trình chuyển vị cho một chất nền DNA thông qua một hệ thống T4S của một vi khuẩn Gram âm. Bài đánh giá này nhấn mạnh động lực của việc lắp ráp và chức năng của các hệ thống conjugation mẫu cũng như hệ thống T4S VirB/D4 của Agrobacterium tumefaciens. Chúng tôi cũng tổng hợp các đặc điểm nổi bật của các hệ thống chuyển vị hiệu ứng ngày càng được nghiên cứu của các tác nhân gây bệnh ở động vật có vú.

Sự xuất hiện của các chất chuyển hóa thứ cấp trong vi tảo (protoctista) được thảo luận liên quan đến mối quan hệ phát sinh loài hoặc phân loại của các sinh vật. Cơ chế sinh tổng hợp của một số chất chuyển hóa như độc tố gây tê liệt động vật có vỏ và độc tố polyether cũng được thảo luận, cùng với các khía cạnh di truyền liên quan đến sản xuất chất chuyển hóa thứ cấp.

▪ Tóm tắt  Các tác nhân gây bệnh nấm trên thực vật đã phát triển những cơ chế đa dạng để xâm nhập vào mô của cây chủ, từ việc vào qua các lỗ tự nhiên của cây đến nhiều cơ chế xâm nhập trực tiếp qua bề mặt bên ngoài. Nấm sợi Magnaporthe grisea có khả năng gây bệnh cho nhiều loài thuộc họ cỏ (Poaceae). Bệnh trên lúa, Bệnh Vàng Lúa, có tầm quan trọng kinh tế lớn và thu hút nhiều sự quan tâm về mặt sinh học. Cơ chế mà tác nhân này sử dụng để phá vỡ các rào cản bảo vệ đáng kể của cây chủ đã được nghiên cứu từ góc độ tế bào và di truyền như một mô hình trong bệnh lý thực vật, và đại diện cho một thành tựu tinh vi một cách đáng kinh ngạc của tự nhiên. Appressorium đơn bào của M. grisea hoạt động như một thiết bị tạo ra và áp dụng có thể là những áp lực giãn nở cao nhất được biết đến. Nấm yêu cầu và sử dụng áp lực được tạo ra từ melanin, ước tính khoảng 80 bar, để điều khiển một sự nhô ra giàu actin qua bề mặt lá lúa hoặc vỏ plastic.

Riboswitch là các yếu tố RNA tác động lên mRNA mà chúng cùng được phiên mã, nhằm điều chỉnh biểu hiện của mRNA đó. Các yếu tố này được tìm thấy rộng rãi trong vi khuẩn, nơi chúng có tác động lớn đến biểu hiện gene. Đặc điểm nổi bật của riboswitch là khả năng nhận diện trực tiếp một tín hiệu sinh lý, và sự thay đổi cấu trúc RNA dẫn đến điều chỉnh gene. Phần lớn riboswitch phản ứng với các metabolite tế bào, thường theo cơ chế phản hồi để ức chế tổng hợp các enzyme được sử dụng để sản xuất metabolite. Các yếu tố liên quan phản ứng với trạng thái aminoacyl hóa của một tRNA cụ thể hoặc với một tham số vật lý, như nhiệt độ hoặc pH. Các nghiên cứu gần đây đã xác định các lớp riboswitch mới và đã tiết lộ những hiểu biết mới về các cơ chế phân tử của việc nhận diện tín hiệu và điều chỉnh gene. Việc ứng dụng các phương pháp cấu trúc và sinh lý học vật lý đã bổ sung cho các nghiên cứu di truyền và sinh hóa trước đó, mang lại thông tin mới về cách mà các riboswitch khác nhau hoạt động.

Điện vi sinh vật học nghiên cứu các tương tác giữa vi sinh vật và thiết bị điện tử cũng như các đặc tính điện mới của vi sinh vật. Một đa dạng các vi sinh vật có khả năng chuyển electron đến hoặc nhận electron từ các điện cực mà không cần bổ sung các chất vận chuyển electron nhân tạo. Tuy nhiên, cơ chế trao đổi electron giữa vi sinh vật và điện cực mới chỉ được nghiên cứu một cách nghiêm túc ở một số vi sinh vật. Shewanella oneidensis tương tác với điện cực chủ yếu thông qua flavin, hoạt động như là các chất vận chuyển electron hòa tan. Geobacter sulfurreducens tạo ra các liên lạc điện trực tiếp với các điện cực thông qua các cytochromes loại c trên bề mặt ngoài. G. sulfurreducens cũng có khả năng vận chuyển electron ở khoảng cách xa qua các pili, được gọi là dây nano vi sinh vật, có khả năng dẫn điện tương tự như những gì được mô tả trước đó trong các polymer dẫn điện tổng hợp. Mạng pili mang lại khả năng dẫn điện cho các biofilm của G. sulfurreducens, mà hoạt động như một polymer dẫn điện, với các chức năng siêu tụ điện và transistor. Các vi sinh vật dẫn điện và/hoặc dây nano của chúng có nhiều ứng dụng thực tiễn tiềm năng, nhưng cần có thêm nghiên cứu cơ bản để tối ưu hóa một cách hợp lý.