Microbiology and Molecular Biology Reviews

Các đặc điểm cơ bản của việc sử dụng cellulose vi sinh được xem xét ở các cấp độ tập hợp ngày càng cao, bao gồm cấu trúc và thành phần của sinh khối cellulose, đa dạng thuế tộc, hệ thống enzyme cellulase, sinh học phân tử của enzyme cellulase, sinh lý học của các vi sinh vật phân giải cellulose, các khía cạnh sinh thái của các cộng đồng phân giải cellulase, và các yếu tố giới hạn tốc độ trong tự nhiên. Cơ sở phương pháp học để nghiên cứu việc sử dụng cellulose vi sinh được xem xét liên quan đến việc định lượng các tế bào và enzyme trong sự hiện diện của các nền tảng rắn, cũng như thiết bị và phân tích đối với các nền văn hóa liên tục phát triển từ cellulose. Mô tả định lượng quá trình thủy phân cellulose được đề cập liên quan đến sự hấp phụ của các enzyme cellulase, tốc độ thủy phân enzym, sinh năng lượng của việc sử dụng cellulose vi sinh, động học của việc sử dụng cellulose vi sinh, và các đặc điểm tương phản so với động học của các nền tảng hòa tan. Một cái nhìn từ góc độ sinh học về việc xử lý sinh khối cellulose được trình bày, bao gồm các đặc điểm của các nền tảng đã được xử lý trước và các cấu hình quá trình thay thế. Sự phát triển của cơ quan được xem xét cho "quy trình sinh học tập trung" (CBP), trong đó sản xuất enzyme cellulolytic, thủy phân sinh khối, và lên men các đường thu được để tạo ra các sản phẩm mong muốn diễn ra trong một bước. Hai chiến lược phát triển cơ quan cho CBP được xem xét: (i) cải thiện năng suất sản phẩm và khả năng chống chịu trong các vi sinh vật có khả năng sử dụng cellulose, hoặc (ii) biểu hiện một hệ thống dị hợp cho việc thủy phân và sử dụng cellulose trong các vi sinh vật có năng suất sản phẩm cao và độ chịu đựng. Một cuộc thảo luận kết thúc xác định các vấn đề chưa được giải quyết liên quan đến việc sử dụng cellulose vi sinh, đề xuất các phương pháp mà các vấn đề như vậy có thể được giải quyết, và so sánh một mô hình thủy phân cellulose định hướng vi sinh với mô hình thủy phân enzyme truyền thống hơn trong cả một ngữ cảnh cơ bản và ứng dụng.

Tetracyclines được phát hiện vào những năm 1940 và cho thấy hoạt tính chống lại nhiều vi sinh vật bao gồm vi khuẩn gram dương và gram âm, chlamydiae, mycoplasma, rickettsiae và ký sinh trùng nguyên sinh. Đây là những loại kháng sinh ít tốn kém, đã được sử dụng rộng rãi trong dự phòng và điều trị nhiễm khuẩn ở người và động vật cũng như ở mức độ dưới điều trị trong thức ăn chăn nuôi để thúc đẩy tăng trưởng. Vi khuẩn kháng tetracycline đầu tiên, Shigella dysenteriae, được phân lập vào năm 1953. Kháng tetracycline hiện nay xuất hiện ngày càng nhiều trong các vi khuẩn gây bệnh, cơ hội và cộng sinh. Sự hiện diện của các tác nhân kháng tetracycline hạn chế việc sử dụng các chất này trong điều trị bệnh. Kháng tetracycline thường là do sự thu nhận gen mới, mã hóa cho sự bơm đẩy tetracycline phụ thuộc năng lượng hoặc cho một loại protein bảo vệ ribosome của vi khuẩn khỏi tác động của tetracycline. Nhiều trong số các gen này liên quan đến plasmid di động hoặc transposon và có thể được phân biệt với nhau bằng các phương pháp phân tử bao gồm lai ghép DNA-DNA với đầu dò oligonucleotide và giải trình tự DNA. Một số lượng ít vi khuẩn có được sự kháng bệnh thông qua đột biến, thay đổi tính thấm của porin màng ngoài và/hoặc lipopolysaccharides trong màng ngoài, thay đổi điều tiết của hệ thống bơm đẩy bẩm sinh, hoặc thay đổi 16S rRNA. Đang có các dẫn xuất mới của tetracycline được nghiên cứu, mặc dù vai trò của chúng trong điều trị chưa rõ ràng. Cần thay đổi việc sử dụng tetracycline trong sức khỏe con người và động vật cũng như trong sản xuất thực phẩm nếu chúng ta muốn tiếp tục sử dụng loại kháng khuẩn phổ rộng này trong thế kỷ hiện tại.

Vi khuẩn Gram âm đặc trưng bởi việc có thêm một lớp màng, được gọi là màng ngoài. Mặc dù các thành phần của màng ngoài thường đóng vai trò quan trọng trong việc tương tác của vi khuẩn cộng sinh hoặc gây bệnh với vật chủ, vai trò chính của màng này thường là tạo một hàng rào thẩm thấu để ngăn chặn sự xâm nhập của các hợp chất độc hại và đồng thời cho phép hấp thu các phân tử dinh dưỡng. Bài tổng quan này tóm tắt những phát triển trong lĩnh vực này kể từ khi bài tổng quan trước đó (H. Nikaido và M. Vaara, Microbiol. Rev. 49:1-32, 1985) được công bố. Với việc phát hiện các kênh protein, kiến thức cấu trúc cho phép chúng ta hiểu chi tiết ở mức phân tử về cách các porin, kênh đặc hiệu, thụ thể liên kết TonB và các protein khác hoạt động. Chúng ta đã bắt đầu thấy cách các protein lớn được xuất ra qua màng ngoài. Với kiến thức về cấu trúc bất đối xứng của lipopolysaccharide-phospholipid của màng ngoài, cuối cùng chúng ta cũng bắt đầu hiểu cách mà lớp kép này có thể kìm hãm sự xâm nhập của các hợp chất kỵ nước, nhờ vào sự hiểu biết ngày càng tăng về hóa học của lipopolysaccharide từ các sinh vật khác nhau và cách cấu trúc lipopolysaccharide được điều chỉnh bởi điều kiện môi trường.

Trong suốt thập kỷ qua, vi khuẩn diệt côn trùng Bacillus thuringiensis đã trở thành đối tượng được nghiên cứu sâu rộng. Những nỗ lực này đã đem lại nhiều dữ liệu đáng kể về mối quan hệ phức tạp giữa cấu trúc, cơ chế hoạt động và di truyền của các protein tinh thể diệt côn trùng của sinh vật này, và hình ảnh nhất quán về những mối quan hệ này bắt đầu được hình thành. Các nghiên cứu khác tập trung vào vai trò sinh thái của protein tinh thể B. thuringiensis, hiệu quả của chúng trong các bối cảnh nông nghiệp và thiên nhiên khác, và sự phát triển của các cơ chế kháng cự ở các loài dịch hại mục tiêu. Với nền tảng kiến thức này cùng với công cụ công nghệ sinh học hiện đại, các nhà nghiên cứu hiện đang báo cáo những kết quả đầy hứa hẹn trong việc tạo ra các độc tố và công thức hữu ích hơn, trong việc tạo ra cây trồng chuyển gen có khả năng diệt côn trùng, và trong việc xây dựng các chiến lược quản lý tích hợp để đảm bảo rằng các sản phẩm này được sử dụng với hiệu quả và lợi ích tối đa.

Các tác nhân gây bệnh thực vật và động vật gram âm khác nhau sử dụng một hệ thống tiết protein độc lập với sec như một cơ chế gây độc cơ bản. Ngày càng rõ ràng rằng các hệ thống tiết loại III được gọi là này tiêm (đưa vào) protein vào trong tế bào chất của tế bào eukaryotic, nơi mà các protein được đưa vào hỗ trợ cho quá trình gây bệnh của vi khuẩn bằng cách can thiệp đặc hiệu vào quá trình truyền tín hiệu của tế bào chủ và các quá trình tế bào khác. Theo đó, một số hệ thống tiết loại III được kích hoạt bởi sự tiếp xúc của vi khuẩn với bề mặt tế bào chủ. Các hệ thống tiết loại III riêng lẻ dẫn hướng cho việc tiết và chuyển vị một loạt các protein không liên quan, điều này tạo ra các kiểu hình gây bệnh đặc hiệu cho từng loài. Ngược lại với các yếu tố virulence được tiết ra, hầu hết trong số 15 đến 20 protein liên kết màng tạo thành hệ thống tiết loại III là được bảo tồn giữa các tác nhân gây bệnh khác nhau. Hầu hết các thành phần màng trong của hệ thống tiết loại III cho thấy tính tương đồng bổ sung với các protein tổng hợp cấu trúc đuôi, trong khi một yếu tố màng ngoài bảo tồn tương tự như các secretin từ loại II và các con đường tiết khác. Các chaperone có cấu trúc bảo tồn mà liên kết cụ thể với từng protein được tiết ra đóng vai trò quan trọng trong việc tiết protein loại III, rõ ràng bằng cách ngăn chặn các tương tác sớm không mong muốn của các yếu tố được tiết ra với các protein khác. Các gen mã hóa các hệ thống tiết loại III được nhóm lại, và nhiều bằng chứng cho thấy rằng các hệ thống này đã được tiếp nhận thông qua chuyển gen ngang trong quá trình tiến hóa. Sự biểu hiện của các hệ thống tiết loại III được điều chỉnh phối hợp in đáp ứng với các kích thích môi trường của tế bào chủ bởi các mạng lưới của các yếu tố phiên mã. Tổng quan này bao gồm sự so sánh về cấu trúc, chức năng, điều hòa và tác động của các hệ thống tiết loại III lên tế bào chủ trong các tác nhân gây bệnh động vật Yersinia spp., Pseudomonas aeruginosa, Shigella flexneri, Salmonella typhimurium, Escherichia coli gây bệnh đường ruột và Chlamydia spp. cũng như các tác nhân gây bệnh thực vật Pseudomonas syringae, Erwinia spp., Ralstonia solanacearum, Xanthomonas campestris và Rhizobium spp.

Các con đường tín hiệu bảo tồn kích hoạt protein kinase được điều hòa bởi yếu tố tăng trưởng (MAPKs) tham gia vào việc truyền tải các kích thích ngoại bào đến các phản ứng nội bào. Các MAPKs đồng thời điều chỉnh quá trình sinh sản tế bào, phân hóa, di động và tồn tại, những chức năng cũng được biết đến là do các thành viên trong một gia đình đang gia tăng các protein kinase được kích hoạt bởi MAPK (MKs; trước đây được gọi là protein kinase MAPKAP) thực hiện. Các MK liên quan đến protein kinase serine/threonine phản ứng với các kích thích nguyên nhân tăng trưởng và căng thẳng thông qua sự phosphoryl hóa chỉ đạo proline và kích hoạt miền kinase bởi các protein kinase ERK 1 và 2 và p38 MAPK. Hiện tại có 11 MK động vật có vú trong năm tiểu gia đình dựa trên tính tương đồng của chuỗi amino acid chính: các protein kinase S6 ribosome, các protein kinase được kích hoạt bởi yếu tố tăng trưởng và căng thẳng, các protein kinase tương tác với MAPK, protein kinase được kích hoạt bởi MAPK 2 và 3, và MK5. Trong vòng 5 năm qua, một số cơ chất MK đã được xác định, điều này đã giúp rất nhiều trong việc xác định vai trò sinh học của các thành viên thuộc gia đình này. Cùng với dữ liệu từ nghiên cứu các chuột knockout MK, danh tính của các cơ chất MK chỉ ra rằng chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh học khác nhau, bao gồm dịch mã mRNA, sinh sản và sự tồn tại của tế bào, và phản ứng gen hạt nhân với các yếu tố tăng trưởng và căng thẳng tế bào. Trong bài viết này, chúng tôi xem xét dữ liệu hiện có về các MK và thảo luận về chức năng sinh lý của chúng dựa trên các phát hiện gần đây.

Vi sinh vật nội sinh được tìm thấy trong hầu hết các loài thực vật trên Trái đất. Những sinh vật này cư trú trong các mô sống của cây chủ và thiết lập nhiều mối quan hệ khác nhau, từ cộng sinh đến hơi bệnh khuẩn. Nhờ vai trò đóng góp của chúng cho cây chủ, vi sinh vật nội sinh có khả năng tạo ra một loạt các chất có tiềm năng sử dụng trong y học hiện đại, nông nghiệp và công nghiệp. Các kháng sinh mới, thuốc chống nấm, chất ức chế miễn dịch, và hợp chất chống ung thư chỉ là một vài ví dụ trong số những gì đã được tìm thấy sau khi phân lập, cấy, tinh chế và đặc tính hóa một số vi sinh vật nội sinh được lựa chọn trong thời gian gần đây. Khả năng tiềm năng tìm kiếm các loại thuốc mới có thể là ứng cử viên hiệu quả để điều trị các bệnh đang phát triển mới ở người, thực vật và động vật rất lớn.

Nấm men chồi Saccharomyces cerevisiae đã được sử dụng như là sinh vật chính trong các thí nghiệm nhằm nghiên cứu tái tổ hợp di truyền ở sinh vật nhân thực. Các nghiên cứu trong thập kỷ qua đã chỉ ra rằng tái tổ hợp trong giảm phân và khả năng là phần lớn các tái tổ hợp trong nguyên phân phát sinh từ quá trình sửa chữa gãy chuỗi kép (DSB). Có nhiều con đường theo đó DSB có thể được sửa chữa, bao gồm một số con đường tái tổ hợp đồng dạng và một số cơ chế không đồng dạng. Sự hiểu biết của chúng ta cũng đã được làm phong phú hơn nhờ việc đặc trưng hóa nhiều protein liên quan đến tái tổ hợp và nhờ vào các khám phá kết nối các khía cạnh của sửa chữa DNA với sự nhân đôi nhiễm sắc thể. Các mô hình phân tử mới về chuyển đổi gene do DSB gây ra được trình bày. Bài báo này bao quát các khía cạnh khác nhau của tái tổ hợp do DSB gây ra trong Saccharomyces và cố gắng liên hệ các nghiên cứu di truyền, sinh học phân tử và hóa sinh của các quá trình sửa chữa và tái tổ hợp DNA.

Việc phát hiện rằng virus có thể là những sinh vật phong phú nhất trong các nguồn nước tự nhiên, vượt xa số lượng vi khuẩn đến một bậc thang, đã khơi dậy sự quan tâm trở lại đối với virus trong môi trường thủy sinh. Thật ngạc nhiên là rất ít điều được biết về sự tương tác giữa virus và vật chủ của chúng trong tự nhiên. Trong thập kỷ qua kể từ khi các báo cáo về số lượng virus cực lớn được công bố, việc đếm virus trong các môi trường thủy sinh đã chứng minh rằng virioplankton là các thành phần năng động của plankton, thay đổi một cách đáng kể về số lượng theo vị trí địa lý và mùa. Các bằng chứng cho đến nay cho thấy rằng các cộng đồng virioplankton chủ yếu được cấu thành từ các bacteriophage và, ít hơn, là các virus sinh vật nguyên sinh (algal viruses). Ảnh hưởng của sự nhiễm virus và sự ly giải lên các cộng đồng vật chủ vi khuẩn và phức hợp fitoplankton có thể được đo lường sau khi các phương pháp mới được phát triển và kiến thức trước đó về sinh vật học của bacteriophage được đưa vào các khái niệm về tương tác giữa ký sinh trùng và cộng đồng vật chủ. Các phương pháp mới đã cung cấp dữ liệu cho thấy sự nhiễm virus có thể có ảnh hưởng đáng kể đến các quần thể vi khuẩn và tảo đơn bào, củng cố giả thuyết rằng virus đóng một vai trò quan trọng trong các mạng lưới thức ăn vi sinh vật. Ngoài việc tiêu diệt giới hạn số lượng vi khuẩn và fitoplankton, tính chất cụ thể của sự tương tác giữa virus và vật chủ đặt ra khả năng thú vị rằng nhiễm virus ảnh hưởng đến cấu trúc và sự đa dạng của các cộng đồng vi sinh vật thủy sinh. Những ứng dụng mới của các kỹ thuật di truyền phân tử đã cung cấp bằng chứng tốt rằng sự nhiễm virus có thể ảnh hưởng đáng kể đến thành phần và sự đa dạng của các cộng đồng vi sinh vật thủy sinh.