Interakcije plazmid - kromosom

Vpliv plazmidnih proteinov na kromosomske funkcije

Plazmidno kodirani proteini vplivajo na kromosomske funkcije, pri čemer oblikujejo dinamično interakcijo med plazmidom in kromosomom.

Plazmidno kodirani proteini H-NS

Proteini, znani kot NAP (proteini, povezani z nukleoidom) proteini so ključni pri regulaciji transkripcije in modulaciji topologije DNA. Med njimi so tudi H-NS proteini (histonu podobni nukleoidni strukturirajoči proteini), ki z nespecifično vezavo na AT-bogata območja DNA utišajo izražanje horizontalne DNA, ki ima nižjo vsebnost GC parov kot gostiteljska bakterija. Čeprav plazmidni H-NS ne nadomestijo popolnoma endogenih H-NS, so pomembni za bakterijski fitnes, saj preprečujejo potencialno škodljivo ekspresijo genov, ki bi lahko destabilizirala gostiteljsko celico.

Torej, brez prisotnega plazmida v bakterijski celici, je endogenih H-NS proteinov dovolj, da zasedejo vsa vezavna mesta na kromosomu. Ko pa se v celico vključi AT-bogat plazmid, se število vezavnih mest za proteine H-NS bistveno poveča. To lahko povzroči, da bakterija preusmeri svoje proteine H-NS za uravnavanje novih vezavnih mest, ki jih prinaša plazmid. Posledica tega je lahko zmanjšanje razpoložljivosti H-NS proteinov za njihove običajne tarče na kromosomu, kar lahko vodi v spremenjen fenotip, vključno s padcem fitnesa bakterije. Da bi bakterije te potencialne škodljive učinke zmanjšale, so razvile mehanizem za kompenzacijo pomanjkljivosti v kromosomskem H-NS sistemu. Plazmidi lahko zagotovijo dodaten vir H-NS proteinov, kar omogoča bakteriji, da ohrani svoj genetski in metabolični red tudi ob prisotnosti plazmida.

Utišanje sistemov CRISPR-Cas s plazmidnimi proteini H-NS

Vključitev plazmida ne vpliva zgolj na ekspresijo določenih genov, ampak omogoča tudi, da se bakterija prilagodi na antibiotične pritiske ali gostiteljeve imunske odzive. Plazmidni proteini vplivajo tudi na bakterijske imunske sisteme, kot je CRISPR-Cas, ki ga razumemo kot imunski obrambni sistem proti virusom in plazmidom.

Plazmidni H-NS imajo zmožnost utišanja CRISPR-Cas sistemov. Z vezavo na AT-bogata področja na kromosomu, kot so promotorske regije CRISPR-Cas sistema, lahko zavirajo izražanje teh genov. Z zmanjšanjem učinkovitosti CRISPR-Cas sistemov, se plazmidi ne le izognejo neposrednemu uničenju, ampak tudi spodbujajo večjo permisivnost bakterij za sprejem tuje DNA, kar je temelj bakterijske evolucije.

Vloga plazmidnih sistemov Rap-Phr pri sporulaciji

Sistemi Rap-Phr so kvorumskega tipa zaznavanja prisotnosti drugih celic in so ključni za regulacijo procesov, kot so sporulacija, tvorba biofilma in kompetentnost pri bakterijah Bacillus. Sisteme Rap-Phr so odkrili tako na kromosomih kot plazmidih, pri čemer imajo plazmidni sistemi večji vpliv na sporulacijo.

Ti sistemi vključujejo proteinske fosfataze Rap, ki defosforilirajo odzivne regulatorje Spo0A in inhibirajo začetek sporulacije. Sporulacija je možna v primeru, da koncentracija zrelega peptida Phr izven celice naraste, preide v celico in inhibira aktivnost Rap. Izolacija plazmidnih sistemov lahko vodi v povečano ekspresijo gena rap na genomu, inhibirano sporulacijo in zmanjšano količino zunajceličnih proteaz. Njihovo zmanjšanje pa lahko zmanjša imunski odziv gostitelja in olajša preživetje bakterij v vegetativni fazi, dokler gostiteljski organizem ne umre.