Microbiology (United Kingdom)

Tường tế bào của vi khuẩn Gram dương đã được nghiên cứu hóa học chi tiết trong suốt năm thập kỷ qua. Bên ngoài màng sinh chất của những cơ thể này, polyme cơ bản là peptidoglycan (PG), chịu trách nhiệm duy trì hình dạng tế bào và ổn định thẩm thấu. Ngoài ra, các polyme tường tế bào thiết yếu điển hình như axit teichoic hoặc axit teichuronic được liên kết với một số chuỗi peptidoglycan. Trong bài tổng quan này, các hợp chất này được xem xét như là những polyme tường tế bào 'cổ điển'. Trong quá trình điều tra gần đây về các lớp bề mặt tế bào vi khuẩn (lớp S), một lớp khác của các polyme tường tế bào thứ cấp 'không cổ điển' (SCWPs) đã được xác định, liên quan đến việc neo các lớp S vào bề mặt tế bào vi khuẩn. Phân tích so sánh đã chỉ ra sự khác biệt đáng kể về thành phần hóa học, cấu trúc tổng thể và hành vi điện tích của các SCWPs này. Bài tổng quan này thảo luận về những tiến bộ đã đạt được trong việc hiểu rõ các nguyên tắc cấu trúc của SCWPs, có thể có những ứng dụng hữu ích trong các 'bộ xây dựng siêu phân tử' dựa trên lớp S trong công nghệ nano sinh học.

Các trình tự lặp lại ngắn được phân tách thường xuyên (CRISPR) và các protein liên quan đến chúng (CAS) cấu thành một hệ thống phòng vệ chống virus mới mẻ phổ biến trong các prokaryotes. Các trình tự lặp lại được phân tách bởi các đoạn không mã hóa (spacer), một số đoạn trong số đó tương đồng với các trình tự trong các yếu tố di truyền di động. Mặc dù toàn bộ quá trình liên quan vẫn chưa được xác định rõ ràng, nhưng người ta đã biết rằng các đoạn không mã hóa mới được đưa vào vị trí CRISPR của vật chủ trong suốt thách thức từ virus (phage), giúp tạo ra khả năng kháng lại virus một cách đặc hiệu. Hơn nữa, đã được chứng minh rằng sự can thiệp như vậy dựa trên các RNA nhỏ mang theo các đoạn không mã hóa. Những RNA này sẽ hướng dẫn hệ thống bảo vệ tới các phân tử bên ngoài mang theo các trình tự phù hợp với các đoạn không mã hóa. Dù vai trò này là rất thiết yếu, nhưng cơ chế tiếp nhận các đoạn không mã hóa vẫn chưa được giải quyết. Một bước tiến đầu tiên đến từ việc phát hiện các động thái liên quan đến các nguyên liệu đoạn không mã hóa (proto-spacers) của Streptococcus thermophilus, cho thấy sự nhận diện đặc hiệu của các trình tự cho người hiến tặng trong loài này. Tại đây, chúng tôi cho thấy rằng sự bảo tồn của các động thái kề bên proto-spacer (PAMs) là một chủ đề phổ biến cho các hệ thống CRISPR đa dạng nhất. Chuỗi PAM phụ thuộc vào biến thể CRISPR-CAS, ngụ ý rằng có một sự lựa chọn đặc hiệu liên quan đến loại CRISPR (hướng theo động thái) cho các đoạn không mã hóa, điều này sau đó xác định mục tiêu sự can thiệp. PAMs cũng hướng dẫn định hướng của các đoạn không mã hóa trong các dãy lặp lại. Đáng chú ý, các quan sát dựa trên tính cực như vậy cho thấy sự tránh xa sẽ xảy ra đối với việc nhận diện các nguyên liệu đoạn không mã hóa trên các phân tử RNA được phiên mã như một quy luật chung.

Biểu mô ruột tạo thành một hàng rào bảo vệ chống lại các thành phần bên trong lòng ruột và môi trường bên ngoài, được trung gian bởi các khớp chặt giữa các tế bào (TJs). Các khớp TJ có thể bị phá vỡ thông qua tín hiệu tế bào do các tác nhân gây bệnh đường ruột hoặc cytokine pro-inflammatory gây ra, góp phần vào nhiều rối loạn ruột khác nhau từ tiêu chảy nhiễm trùng cấp tính đến các bệnh viêm ruột mãn tính. Probiotics, như Lactobacillus rhamnosus GG (LGG), được báo cáo là có tác dụng có lợi đối với các tế bào biểu mô, bao gồm việc chống lại nhiễm trùng và giảm phản ứng pro-inflammatory rõ ràng, nhưng các cơ chế cơ bản của những tác dụng quan sát này cần được đặc trưng thêm. Chúng tôi giả thuyết rằng probiotics duy trì chức năng hàng rào bằng cách can thiệp vào tín hiệu cytokine pro-inflammatory. Các tế bào Caco-2bbe được cấy vào các Transwell để đạt được các lớp tế bào đơn cực có các khớp TJs giữa các tế bào. Các lớp tế bào được nhiễm khuẩn từ trên với probiotic LGG 3 h trước khi thêm IFN-γ (100 ng ml⁻¹) vào môi trường dưới nền qua đêm. Các lớp tế bào sau đó được đặt vào môi trường cơ bản tươi mới ± TNF-α (10 ng ml⁻¹) và các phép đo điện trở xuyên biểu mô (TER) được thực hiện trong suốt quá trình kích thích TNF-α. Để bổ sung cho các phát hiện TER, các tế bào được xử lý để nhuộm miễn dịch huỳnh quang zona occludens-1 (ZO-1). Như một cách đo lường tín hiệu hạ nguồn TNF-α, các tế bào được nhuộm miễn dịch huỳnh quang cho chuỗi p65 của NF-κB và mRNA CXCL-8 được định lượng bằng qRT-PCR. Môi trường nuôi cấy tế bào cơ bản được thu thập sau khi kích thích TNF-α qua đêm để đo các chemokine được tiết ra, bao gồm CXCL-8 (interleukin-8) và CCL-11 (eotaxin). Sau khi nhiễm khuẩn LGG, tinh chỉnh IFN-γ và kích thích TNF-α trong 24 h, các tế bào biểu mô duy trì TER và phân phối ZO-1. LGG làm giảm sự di chuyển vào nhân của p65, được thể hiện bởi cả nhuộm miễn dịch huỳnh quang và sự biểu hiện mRNA CXCL-8. Mức protein của CXCL-8 và CCL-11 giảm trong các tế bào bị thách thức cytokine mà được nhiễm khuẩn LGG. Những phát hiện này chỉ ra rằng LGG làm giảm ảnh hưởng của cytokine pro-inflammatory lên tính toàn vẹn hàng rào biểu mô và viêm, được trung gian, ít nhất một phần, thông qua việc ức chế tín hiệu NF-κB.

Để đánh giá tiềm năng của một số mục tiêu phân tử trong việc xác định, phân loại và truy xuất nguồn gốc của vi khuẩn lam trong các hồ chứa nước ngọt, các kỹ thuật phân tử đã được áp dụng cho 118 thể vi khuẩn lam chủ yếu được thu thập từ các hồ chứa nước ngọt ở Bồ Đào Nha và đại diện cho ba bộ vi khuẩn lam: Chroococcales (54), Oscillatoriales (15) và Nostocales (49). Các thể vi khuẩn này đã được xác định trước đó bằng các phương pháp hình thái và sau đó được đặc trưng bởi phân tích cụm phân cấp tổng hợp dựa trên hồ sơ dấu vân tay PCR của STRR và LTRR (tương tác lặp lại ngắn và dài). Các thể vi khuẩn đại diện đã được chọn từ mỗi cụm và việc xác định phân tử của chúng, ở cấp độ loài, đã được thực hiện hoặc xác nhận thông qua việc định vị filogen bằng gene 16S rRNA và rpoC1. Một sự liên kết mạnh mẽ đã được quan sát giữa các cụm dựa trên STTR và LTRR và sự phân loại thuế tộc, cho thấy tính hữu ích của các hồ sơ dấu vân tay PCR trong việc xác định vi khuẩn lam. Phân tích tổng hợp của cụm phân cấp các vân tay PCR M13 và ERIC cũng phù hợp cho việc phân loại chủng và truy xuất nguồn gốc trong một hồ chứa, cho thấy tiềm năng của nó trong việc giám sát vi khuẩn lam như một công cụ kiểm soát chất lượng. Dựa trên các chỉ số Simpson (D) và Shannon–Wiener (J′), sự đa dạng cao đã được quan sát trong tất cả các loài, với Planktothrix agardhii cho thấy giá trị đa dạng thấp nhất (D=0.83; J′=0.88) và Aphanizomenon flos-aquae có giá trị cao nhất (D=J′=0.99). Một khóa chẩn đoán dựa trên 16S-ARDRA, khuếch đại ITS và ITS-ARDRA cũng được trình bày cho mục đích nhận dạng.

Nhiều loại vi khuẩn thủy phân nitrile với các đặc điểm sinh lý khác nhau đã được cô lập từ trầm tích biển ven biển ở Đan Mạch thông qua việc nuôi cấy tăng trưởng. Một chủng, BL1, được xác định là Rhodococcus erythropolis, phát triển trên acetonitrile như là nguồn carbon và nitrogen duy nhất trong môi trường xác định. Sự phát triển diễn ra trong khoảng 0 đến 8% NaCl với điểm tối ưu khoảng 2%, do đó phản ánh nguồn gốc biển của chủng vi khuẩn này. Các tế bào nguyên vẹn của R. erythropolis BL1 có thể thủy phân một loạt lớn nitrile aliphatic bão hòa và không bão hòa thành các axit tương ứng. Benzonitrile và benzylcyanide không bị thủy phân, trong khi một số hợp chất thơm chứa nhóm -CN gắn với chuỗi bên aliphatic C₃ hoặc C₄ được chấp nhận làm cơ chất. Phổ cơ chất của R. erythropolis BL1 do đó khác biệt đáng kể so với các vi khuẩn thủy phân nitrile Gram dương khác được cô lập từ các môi trường không biển. Thủy phân nitrile trong quá trình phát triển và trong các huyền phù tế bào tĩnh thường xảy ra mà không có sự tích lũy trung gian của amide bên ngoài tế bào. Tuy nhiên, các nghiên cứu chi tiết cho thấy rằng sự thủy phân nitrile của chủng BL1 là do hệ thống enzym nitrile hydratase/amidase. Hoạt tính nitrile hydratase được tìm thấy là có khả năng cảm ứng trong khi hoạt tính amidase là nền tảng. Tuy nhiên, hoạt tính amidase của các tế bào có thể được tăng cường nhiều lần nhờ sự phát triển trong môi trường chứa acetamide hoặc acetonitrile. Trong hầu hết các trường hợp, amide được thủy phân với tốc độ cao hơn nhiều so với các nitrile tương ứng, điều này giải thích lý do tại sao amide hiếm khi được phát hiện trong môi trường xung quanh trong quá trình thủy phân nitrile. R. erythropolis BL1 cho thấy khả năng chịu đựng acetonitrile cao nhất từng được báo cáo cho một vi khuẩn thủy phân nitrile, được chứng minh qua khả năng phát triển theo cấp số nhân trong sự hiện diện của 900 mM acetonitrile.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã kiểm tra giả thuyết rằng các loài nấm gây bệnh côn trùng sống trong đất Metarhizium không phân bổ ngẫu nhiên trong đất mà thể hiện sự liên kết đặc hiệu với rễ cây. Chúng tôi đã tách Metarhizium từ rễ cây tại hai địa điểm ở Ontario, Canada, giải trình tự gen 5′ EF-1α để phân biệt các loài Metarhizium, và phát triển một xét nghiệm RFLP để xác định nhanh các loài. Kết quả cho thấy sự liên kết không ngẫu nhiên của ba loài Metarhizium (Metarhizium robertsii, Metarhizium brunneum và Metarhizium guizhouense) với vùng rễ của các loại cây cụ thể (được xác định đến loài và phân loại thành cỏ, hoa dại, bụi và cây). M. robertsii là loài duy nhất liên kết với rễ cỏ, cho thấy khả năng loại trừ M. brunneum và M. guizhouense. Hỗ trợ cho điều này, các thí nghiệm in vitro cho thấy bào tử M. robertsii nảy mầm tốt hơn một cách có ý nghĩa trong dịch chiết rễ của Panicum virgatum (cỏ chuyển đổi) so với M. brunneum hoặc M. guizhouense. M. guizhouense và M. brunneum chỉ liên kết với vùng rễ hoa dại khi cùng tồn tại với M. robertsii. Với ngoại lệ của những sự cùng tồn tại này, M. guizhouense được tìm thấy liên kết độc quyền với vùng rễ của các loài cây, chủ yếu là Acer saccharum (maple đường), trong khi M. brunneum được tìm thấy liên kết độc quyền với vùng rễ của các bụi và cây. Những sự liên kết này cho thấy rằng các loài khác nhau của Metarhizium liên kết với các loại cây cụ thể.

Enterococcus là vi khuẩn Gram dương, không tạo bào tử, âm tính với catalase, có khả năng hiếu khí tùy ý, thường cư trú trong ống tiêu hóa của con người bên cạnh việc được phân lập từ các nguồn môi trường và động vật. Chúng có thể sống sót qua nhiều loại stress và môi trường khắc nghiệt, bao gồm các điều kiện nhiệt độ cực đoan (5–65 °C), độ pH (4.5−10.0) và nồng độ NaCl cao, cho phép chúng chiếm lĩnh một loạt các môi trường sinh sống. Các yếu tố gây virulence của enterococcus bao gồm protein ngoại bào Esp và các chất ngưng tập (Agg), cả hai đều hỗ trợ trong việc chiếm lĩnh vật chủ. Độc lực bệnh viện của enterococci đã nổi lên trong những năm gần đây, cùng với sự gia tăng khả năng kháng kháng sinh glycopeptide. Hiểu biết về sinh thái, dịch tễ học và độc lực của các loài Enterococcus là rất quan trọng trong việc hạn chế nhiễm trùng đường tiết niệu, nhiễm khuẩn gan mật, viêm nội tâm mạc, nhiễm trùng vết thương phẫu thuật, nhiễm khuẩn huyết và nhiễm trùng sơ sinh, cũng như ngăn chặn sự phát triển thêm của kháng thuốc kháng sinh.

Chúng tôi đã thiết kế một bộ bốn oligonucleotide probe nhắm vào 16S rRNA đặc hiệu cho vi khuẩn thuộc ngành cytophaga-flavobacter-bacteroides (CFB). Các probe CF319a và CF319b nhắm vào các thành viên của nhóm flavobacteria-cytophaga và chi Porphyromonas, trong khi probe BAC303 có vùng mục tiêu đặc trưng cho các chi Prevotella và Bacteroides trong nhóm bacteroides. Probe FFE8b được phát triển cho các phản ứng lai đặc hiệu cho loài với Flavobacterium ferrugineum. Tất cả các probe được thiết kế thông qua phân tích chuỗi hỗ trợ bởi máy tính và so sánh với tất cả các chuỗi 16S và 23S rRNA hiện có. Các oligonucleotide tiếp tục được đánh giá bằng phương pháp lai dot-blot không phóng xạ trên các chủng tham chiếu thuộc ngành CFB và các dòng chính khác của Bacteria. Các probe mới phát triển đã được sử dụng cùng với các probe bậc cao khác để phân tích cấu trúc và thành phần cộng đồng trong các môi trường phức tạp. Trong các mẫu bùn hoạt tính, các thành viên của nhóm flavobacteria-cytophaga được phát hiện thông qua lai in situ như là những thành phần quan trọng của bông bùn và những người định cư đặc trưng của vi khuẩn sợi. Bằng việc áp dụng probe phát quang BAC303, các thành viên của các chi Bacteroides và Prevotella có thể được hình dung mà không cần nuôi cấy trước, như là một phần quan trọng của vi khuẩn ruột phân của con người.

Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong các quá trình địa hoạt trong sinh quyển, đặc biệt trong các lĩnh vực biến đổi sinh học các nguyên tố và chu trình sinh địa hóa, biến đổi kim loại và khoáng chất, phân hủy, phong hóa sinh học, và hình thành đất và trầm tích. Tất cả các loại vi sinh vật, bao gồm prokaryotes và eukaryotes cũng như các mối liên kết cộng sinh giữa chúng với nhau và với ‘các sinh vật bậc cao’, đều có thể đóng góp tích cực vào các hiện tượng địa chất, trong đó các quá trình địa vi sinh học chủ yếu liên quan đến các biến đổi của kim loại và khoáng chất. Vi sinh vật có nhiều thuộc tính có thể tác động đến sự thay đổi dạng tồn tại của kim loại, độc tính và độ di động, cũng như sự hình thành hay phân giải hay suy thoái khoáng chất. Những cơ chế này là những thành phần quan trọng trong các chu trình sinh địa hóa tự nhiên cho kim loại cũng như các nguyên tố liên quan trong sinh khối, đất, đá và khoáng sản, ví dụ như lưu huỳnh và photpho, các nguyên tố bán kim loại, actini và các đồng vị phóng xạ kim loại. Ngoài việc quan trọng trong các quá trình sinh quyển tự nhiên, biến đổi kim loại và khoáng chất có thể có những hậu quả tích cực hoặc tiêu cực trong bối cảnh con người. Phục hồi sinh học là việc áp dụng các hệ thống sinh học để làm sạch ô nhiễm hữu cơ và vô cơ, với vi khuẩn và nấm là những sinh vật quan trọng nhất cho việc phục hồi, giữ lại hoặc khử độc các chất ô nhiễm kim loại và các đồng vị phóng xạ. Một số khoáng sinh học hoặc nguyên tố kim loại do vi sinh vật lắng đọng có tính chất xúc tác và những thuộc tính khác ở dạng nanoparticle, tinh thể hoặc keo, và điều này có liên quan đến sự phát triển của các vật liệu sinh học mới cho các mục đích công nghệ và kháng khuẩn. Mặt tiêu cực, các biến đổi kim loại và khoáng chất do vi sinh vật có thể dẫn đến sự hư hại và phá hủy các vật liệu tự nhiên và tổng hợp, vật liệu xây dựng dựa trên đá và khoáng sản (ví dụ: bê tông), nước thải mỏ có tính axit và ô nhiễm kim loại liên quan, ăn mòn sinh học của kim loại, hợp kim và các chất liên quan, và những tác động bất lợi đối với dạng tồn tại của đồng vị phóng xạ, tính di động và khả năng giữ lại, tất cả đều có những hậu quả xã hội và kinh tế to lớn. Sự phổ biến và tầm quan trọng của vi sinh vật trong các quá trình sinh quyển khiến cho địa vi sinh học trở thành một trong những khái niệm quan trọng nhất trong vi sinh vật học, và đòi hỏi một cách tiếp cận liên ngành để xác định ý nghĩa môi trường và ứng dụng cũng như hỗ trợ việc khai thác trong công nghệ sinh học.