El polo celular: El sitio de la conversación cruzada entre la absorción de ADN y la maquinaria de recombinación genética

...

En todas las bacterias naturales competentes, la transformación del ADN también se controla a nivel de formación de un bucle de desplazamiento estable (bucle D). En B. subtilis , un segmento corto de ~ 30-nt de longitud de identidad es la longitud mínima requerida para la invasión de la hebra de ADN mediada por RecA y la formación de lazo D ( Majewski y Cohan, 1999 ), pero los factores accesorios RecA pueden controlar la estabilidad Del bucle D.

Algunas especies de Cyanobacteria, Chlorobi, Actinobacteria y Deinococcus-Thermus Phylum han demostrado ser también naturalmente transformables. Con la excepción del Deinococcus-Thermus Phylum, los pocos estudios publicados se centran en la descripción del fenómeno de la transformación más que en la descripción de los mecanismos de procesamiento del ADN, por lo que la transformación natural en estas especies no será discutida. En esta revisión resumiremos el destino del ssDNA importado y los mecanismos de integración cromosómica o establecimiento de plásmidos que conducen a un nuevo fenotipo ( Dubnau, 1999 , Lorenz y Wackernagel, 1994 ).

Diferentes barreras controlan el HGT, y entre estos sistemas de restricción-modificación (RM) previenen la transformación artificial ( células tratadas con Ca2 + o electroporadas) y la transducción viral, y reducen la conjugación del plásmido ( Arber, 2000 ). Los sistemas RM son abundantes en bacterias y tradicionalmente están asociados con un mecanismo de protección celular contra dsDNA extranjero entrante, principalmente de origen bacteriófago. La enzima de restricción no es dañina para la célula huésped, porque su dsDNA está protegido de la escisión por metilación, pero el dsDNA entrante que lleva un sitio cognado para la enzima será escindido ( Arber, 2000 ). El ssDNA lineal entrante, que está listo para iniciar recombinación mediada por RecA, supera las barreras de restricción del huésped por su naturaleza de ssDNA. Por lo tanto, el potencial efecto negativo de la restricción en la transformación entre especies no suele ser significativo en las células naturalmente competentes. Además, en algunas especies bacterianas ( por ejemplo , S. pneumoniae ), la metilación del ssDNA entrante lo protege activamente de la endonucleasa y permite la transformación sin ninguna restricción potencial ( Lacks et al., 2000 ). En H. pylori , sin embargo, las enzimas de restricción limitar la frecuencia de transformación con ADN plásmido no modificado, aunque la barrera de restricción en el ADN cromosómico es un asunto en discusión ( Ando et al., 2000 , Aras et al., 2002 , Humbert y Salama, 2008 , Pinto et al., 2005 , Humbert et al., 2011 ). H. pylori también recoge ssDNA en el citosol ( Stingl et al., 2010 ) y para explicar la limitación por restricción se planteó la hipótesis de que las endonucleasas de restricción podría actuar antes de dsDNA se convierte en ssDNA ( Humbert et al., 2011 ). Alternativamente, la sensibilidad parcial del ssDNA tomado ( Stingl et al., 2010 ) a las endonucleasas de restricción podría explicarse si no hay suficiente SsbA Hpy para inhibir el recocido espontáneo del ADNc del plásmido o el desmontaje de todas las estructuras secundarias de ADN potenciales, debido Ambos procesos conducirían a regiones transitorias de dsDNA sensibles a las endonucleasas de restricción.

¿Son las células competentes transformadas eficientemente con ssDNA? Hay pocos informes que apoyen que ssDNA puede transformar las células de N. gonorrhoeae (en niveles similares) o H. influenzae (50 veces reducido) en comparación con dsDNA ( Stein, 1991 ). Recientemente se demostró que las células competentes de P. stutzeri toman ADNs s con una eficiencia de transformación de 20 a 60 veces menor que la dsDNA ( Meier et al., 2002 ). En Firmicutes la transformación con ssDNA añadido exógenamente no se detectó y cuando se detectó el resultado se ha desafiado debido a que la purificación del ssDNA no ha sido lo suficientemente riguroso como para eliminar todos los dsDNA (revisado en Dubnau, 1999 , Stewart y Carlson, 1986 ).

El desarrollo de competencias coordina la expresión de proteínas involucradas en la captación y recombinación de ADN

La competencia programada coordina la expresión de proteínas implicadas en la captación y translocación del ADN con la expresión de algunas proteínas de la maquinaria de recombinación ( Kidane et al., 2009 , Stohl y Seifert, 2001 ). En Firmicutes, competencia natural es inducido por un mecanismo de “quorum sensing” que hasta regula “tempranas” competencia ( COM ) genes ( Dubnau de 1999 , Morrison y Lee, 2000 , López et al., 2009 , Shank y Kolter, 2011 ). La inducción de competencias en B. subtilis y S. pneumoniae utiliza un sistema de transducción de señales de dos componentes, ComP-ComA y ComD-ComE, respectivamente, para responder al péptido (s) extracelular ComX y al factor de competencia y esporulación (CSF) en B. subtilis y al péptido estimulante de la competencia (CSP) (codificado por comC ) en S. pneumoniae ( Dubnau, 1999 , Håvarstein y Morrison, 1999 ). (Obsérvese que en el resto de esta revisión, a menos que se indique lo contrario, los genes y productos indicados son de origen B. subtilis ). El péptido procesado, modificado y secretado ComX o el CSP de S. pneumoniae (CSP Spn ) estimulado y estimulado por el CSP Spn estimula un receptor histidina quinasa (ComP, ComD Spn ) que activa un factor de transcripción del regulador de respuesta (ComA, ComE Spn ) con el CSF Péptido que contribuye a la activación de ComA ( Dubnau, 1999 , Morrison y Lee, 2000 ). En B. subtilis , la expresión de más de 20 genes parece estar controlada directamente por esta vía de señalización (genes "tempranos"), y la expresión de más de 150 genes adicionales, incluyendo aquellos involucrados en el desarrollo de competencias, parece estar controlada indirectamente ( Comella y Grossman , 2005 ), mientras que ComE Spn activa la transcripción de un conjunto limitado de genes, incluyendo el operón comCDE Spn ( Martin et al., 2010 ). Las modificaciones postraduccionales también controlan el desarrollo de competencias; Específicamente a través de la fosforilación de residuos de arginina en ComK, ComGA, ComFA y ComFC ( Elsholz et al., 2012 ). Los mecanismos subyacentes para esta fosforilación, sin embargo, quedaron por abordarse.

En algunas especies bacterianas, la mureína hidrolasa inducida por la competencia ( por ejemplo , LytA Spn , LytC Spn , LytF Spn , CbpD Spn ) promueve la heterólisis de los hermanos no competentes. Por el contrario, la proteína de inmunidad ( por ejemplo , ComM Spn ) previene la autolisis de células competentes ( Guiral et al., 2005 , Håvarstein et al., 2006 , Berg et al., 2012a ). Este efecto fratricida