Microbiology and Molecular Biology Reviews

Members of the ATP-binding cassette (ABC) transporter superfamily exist in bacteria, fungi, plants, and animals and play key roles in the efflux of xenobiotic compounds, physiological substrates, and toxic intracellular metabolites. Based on sequence relatedness, mammalian ABC proteins have been divided into seven subfamilies, ABC subfamily A (ABCA) to ABCG. This review focuses on recent advances in our understanding of ABC transporters in the model organism Saccharomyces cerevisiae . We propose a revised unified nomenclature for the six yeast ABC subfamilies to reflect the current mammalian designations ABCA to ABCG. In addition, we specifically review the well-studied yeast ABCC subfamily (formerly designated the MRP/CFTR subfamily), which includes six members (Ycf1p, Bpt1p, Ybt1p/Bat1p, Nft1p, Vmr1p, and Yor1p). We focus on Ycf1p, the best-characterized yeast ABCC transporter. Ycf1p is located in the vacuolar membrane in yeast and functions in a manner analogous to that of the human multidrug resistance-related protein (MRP1, also called ABCC1), mediating the transport of glutathione-conjugated toxic compounds. We review what is known about Ycf1p substrates, trafficking, processing, posttranslational modifications, regulation, and interactors. Finally, we discuss a powerful new yeast two-hybrid technology called integrated membrane yeast two-hybrid (iMYTH) technology, which was designed to identify interactors of membrane proteins. iMYTH technology has successfully identified novel interactors of Ycf1p and promises to be an invaluable tool in future efforts to comprehensively define the yeast ABC interactome.

The phosphoenolpyruvate(PEP):carbohydrate phosphotransferase system (PTS) is found only in bacteria, where it catalyzes the transport and phosphorylation of numerous monosaccharides, disaccharides, amino sugars, polyols, and other sugar derivatives. To carry out its catalytic function in sugar transport and phosphorylation, the PTS uses PEP as an energy source and phosphoryl donor. The phosphoryl group of PEP is usually transferred via four distinct proteins (domains) to the transported sugar bound to the respective membrane component(s) (EIIC and EIID) of the PTS. The organization of the PTS as a four-step phosphoryl transfer system, in which all P derivatives exhibit similar energy (phosphorylation occurs at histidyl or cysteyl residues), is surprising, as a single protein (or domain) coupling energy transfer and sugar phosphorylation would be sufficient for PTS function. A possible explanation for the complexity of the PTS was provided by the discovery that the PTS also carries out numerous regulatory functions. Depending on their phosphorylation state, the four proteins (domains) forming the PTS phosphorylation cascade (EI, HPr, EIIA, and EIIB) can phosphorylate or interact with numerous non-PTS proteins and thereby regulate their activity. In addition, in certain bacteria, one of the PTS components (HPr) is phosphorylated by ATP at a seryl residue, which increases the complexity of PTS-mediated regulation. In this review, we try to summarize the known protein phosphorylation-related regulatory functions of the PTS. As we shall see, the PTS regulation network not only controls carbohydrate uptake and metabolism but also interferes with the utilization of nitrogen and phosphorus and the virulence of certain pathogens.

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.

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.

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 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.

Nội bào tử của các loài Bacillus, đặc biệt là Bacillus subtilis, đã được sử dụng làm mô hình thí nghiệm để khám phá các cơ chế phân tử nằm sau sự tồn tại lâu dài đáng kinh ngạc của bào tử và khả năng của chúng đối với các tác động từ môi trường. Trong bài tổng quan này, chúng tôi tóm tắt mô hình phòng thí nghiệm phân tử về cơ chế chống chịu của bào tử và cố gắng sử dụng mô hình này làm cơ sở để khám phá khả năng chống chịu của bào tử đối với các điều kiện môi trường cực đoan, cả trên Trái Đất và trong quá trình chuyển giao liên hành tinh giả định thông qua không gian do các quá trình va chạm tự nhiên.