Di truyền học vi khuẩn là gì? Các công bố khoa học về Di truyền học vi khuẩn

Từ góc độ lịch sử, việc nghiên cứu cả sinh hóa và di truyền học của quá trình tổng hợp lipopolysaccharide (LPS) bắt đầu với các vi khuẩn đường ruột. Các sinh vật này lại đã trở thành tâm điểm khi các khối gen liên quan đến việc tổng hợp LPS đã được giải mã và phân tích. Nhiều gen mới và không lường trước được đã được tìm thấy trong các cụm gen này, cho thấy sự phức tạp của các con đường sinh hóa mà không được dự đoán từ các nghiên cứu trước đó. Một trong những lĩnh vực nghiên cứu LPS ấn tượng nhất là việc làm sáng tỏ con đường tổng hợp lipid A. Bốn trong số các gen này đã được xác định và giải mã, và ba trong số đó nằm trong một operon phức tạp, cũng chứa các gen liên quan đến tổng hợp DNA và phospholipid. Cụm gen rfa, chứa nhiều gen cho tổng hợp lõi LPS, bao gồm ít nhất 17 gen. Một trong những phát hiện đáng chú ý trong cụm này là một nhóm một số gen dường như tham gia vào quá trình tổng hợp các loài lõi thô thay thế mà được chỉnh sửa để không thể trở thành các bộ tiếp nhận cho polysaccharid đặc hiệu O. Các cụm gen rfb mã hóa tổng hợp kháng nguyên O đã được giải mã từ một số kiểu huyết thanh và thể hiện sự đa hình di truyền như đã được dự đoán dựa trên sự phức tạp hóa học của các kháng nguyên O. Các cụm này dường như đã phát sinh thông qua việc trao đổi các khối gen giữa các sinh vật tổ tiên. Giữa một số lượng lớn các gen LPS hiện đã được giải mã từ các cụm rfa và rfb này, không có gen nào mã hóa cho các protein dường như được bài tiết qua màng tế bào và thật ngạc nhiên là chỉ có rất ít protein mã hóa cho protein màng tích cực hoặc các protein có miền kỵ nước lớn. Những dữ liệu này, cùng với so sánh chuỗi gen và các thí nghiệm bổ sung giữa các dòng và loài, gợi ý rằng các enzyme sinh tổng hợp LPS có thể được tổ chức thành các cụm trên bề mặt bên trong của màng tế bào chất được sắp xếp xung quanh một số protein màng chủ chốt.

Các quần thể vi khuẩn hình thành bào tử hiếu khí phổ biến trong các cánh đồng nông nghiệp và có thể góp phần trực tiếp hoặc gián tiếp vào năng suất nông nghiệp. Bài báo này trình bày những tiến bộ gần đây trong hiểu biết về sinh thái học của các loài Bacillus và Paenibacillus spp. và cách mà những phân nhóm khác nhau của hai giống này có thể thúc đẩy sức khỏe cây trồng. Sự phong phú, đa dạng và phân bố của các quần thể bản địa và các dòng vi khuẩn chiết ghép trong các cánh đồng nông nghiệp đã được đặc trưng bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong khi đó quần thể bản địa của hai giống này xuất hiện phổ biến trong hầu hết các loại đất nông nghiệp, mô thực vật lại được chiếm lĩnh khác nhau bởi các phân nhóm đặc trưng. Nhiều loài Bacillus và Paenibacillus spp. có thể thúc đẩy sức khỏe cây trồng theo nhiều cách khác nhau. Một số quần thể ức chế mầm bệnh thực vật và sâu bệnh bằng cách sản sinh ra các chất chuyển hóa kháng sinh, trong khi số khác có thể kích thích trực tiếp hệ miễn dịch của cây chủ trước khi bị nhiễm bệnh. Một số dòng có thể kích thích sự hấp thu dinh dưỡng của cây, có thể bằng cách thúc đẩy mối cộng sinh giữa rễ cây và nấm mycorrhiza hoặc bằng cách cố định trực tiếp nitơ trong khí quyển. Mặc dù có nhiều thông tin mới về di truyền học và sinh lý học của Bacillus và các loài liên quan, một sự hiểu biết sâu hơn về sinh thái học vi sinh vật của hai giống này cần được phát triển. Để đạt được điều này, một số câu hỏi quan trọng nhưng chưa được giải đáp liên quan đến ý nghĩa sinh thái và tiềm năng quản lý các hoạt động có lợi của các vi khuẩn này đã được thảo luận.

Một khung đọc mở nằm trong vùng liên gen bisC-cspA hoặc tại phút 80.1 trên nhiễm sắc thể Escherichia coli, mã hóa một dehydrogenase 2-hydroxyacid giả thuyết, được xác định nhờ vào Dự án Giải mã Bộ gien của E. coli. Chúng tôi báo cáo rằng sản phẩm của gen yiaE là một reductaza 2-ketoaldonate (2KR). Gen này đã được nhân bản và biểu hiện với một C-terminal His tag trong E. coli, protein này đã được tinh chế bằng phương pháp sắc kí ái lực kim loại. Xác định trình tự acid amin NH₂- đầu của protein đã định nghĩa vị trí bắt đầu dịch mã của gen này. Enzyme này được phát hiện là một 2KR xúc tác quá trình khử 2,5-diketo-d-gluconate thành 5-keto-d-gluconate, 2-keto-d-gluconate (2KDG) thành d-gluconate, 2-keto-l-gulonate thành l-idonate. Reductaza này hoạt động tối ưu ở pH 7.5, với NADPH là tác nhân cho điện tử ưa thích. Trình tự acid amin suy luận cho thấy 69.4% giống nhau với 2KR từ Erwinia herbicola. Sự gián đoạn gen này trên nhiễm sắc thể dẫn đến mất hoạt động 2KR trong E. coli. E. coli W3110 được phát hiện phát triển trên 2KDG, trong khi đột biến thiếu hoạt động 2KR không thể phát triển trên 2KDG như là nguồn carbon, điều này gợi ý rằng 2KR chịu trách nhiệm cho sự dị hóa 2KDG trong E. coli và sự giảm sản xuất 2KDG từ d trong quá trình nuôi cấy E. coli chứa một gen dehydrogenase gluconate được nhân bản.