리보뉴클레아제 PNPase는 Listeria monocytogenes의 생물막 형성의 핵심 조절자이며 숙주 세포의 침입에 영향을 미칩니다

npj Biofilms and Microbiome 9권, 기사 번호: 34(2023) 이 기사 인용

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바이오필름은 영양결핍, 항생제 치료, 면역방어 등 외부 스트레스로부터 미생물을 보호하는 환경을 제공함으로써 세균의 생존과 발병에 유리한 조건을 만들어준다. 여기서 우리는 RNA 결합 단백질과 리보뉴클레아제 폴리뉴클레오티드 포스포릴라아제(PNPase)가 식품 가공 환경에서 식품 오염을 담당하는 인간 병원체 Listeria monocytogenes의 생물막 형성에 대한 양성 조절자임을 보여줍니다. PNPase 돌연변이 균주는 더 적은 생물막 바이오매스를 생성하고 항생제 치료에 더 민감한 변경된 생물막 형태를 나타냅니다. 생화학적 분석 및 현미경 분석을 통해 우리는 PNPase가 이전에는 인식되지 않았던 생물막 세포외 기질 구성의 조절자로서 단백질, 세포외 DNA 및 당 수준에 큰 영향을 미친다는 것을 입증합니다. 주목할 만한 점은 리스테리아 생물막에서 다당류를 검출하기 위해 형광 복합체 루테늄 레드-페난트롤린의 사용을 적용했다는 것입니다. 야생형 및 PNPase 돌연변이 생물막의 전사체 분석을 통해 PNPase가 생물막 형성과 관련된 많은 조절 경로에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 특히 아미노산의 탄수화물(예: PTS 구성 요소를 암호화하는 lmo0096 및 lmo0783) 대사에 관여하는 유전자의 발현에 영향을 미침으로써 생물막 형성과 관련된 많은 조절 경로에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. (예: 생합성 효소를 인코딩하는 lmo1984 및 lmo2006) 및 Agr 쿼럼 감지 유사 시스템(lmo0048-49). 더욱이, 우리는 PNPase가 독성 PrfA 및 PrfA 조절 유전자의 마스터 조절자의 mRNA 수준에 영향을 미친다는 것을 보여 주며, 이러한 결과는 ΔpnpA 돌연변이의 인간 세포에서 감소된 박테리아 내재화를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 전반적으로, 이 연구는 PNPase가 그람 양성 박테리아의 생물막 생활 양식에 대한 병독성 및 적응을 위한 중요한 전사 후 조절자임을 입증하고 병원성에서 중요한 역할을 하는 리보뉴클레아제의 역할 확대를 강조합니다.

생물막은 자연 생태계에서 미생물의 일반적인 성장 방식입니다. 그러나 미생물 감염의 80%가 생물막과 연관되어 있고1,2 만성 감염의 지속에 기여한다는 점을 고려할 때 이는 의학적 우려가 증가하고 있습니다3. 생물막은 생물적 또는 비생물적 표면에 부착되고 생물막 매트릭스라고도 알려진 자체 생산 수화 세포외 고분자 물질(EPS)에 둘러싸인 미생물 군집으로 정의됩니다4,5. 다당류, 단백질, 인지질 및 핵산은 생물막 세포외 기질6의 주요 구성 요소입니다. 고착성 미생물은 주변 기질에 의해 보호되며 영양 부족 및 건조와 같은 외부 스트레스를 플랑크톤 박테리아보다 훨씬 잘 견딜 수 있을 뿐만 아니라 항균제 작용 및 숙주의 면역 방어에 훨씬 덜 민감합니다7. 생물막의 구조는 용해된 세포 성분의 축적을 허용하고 박테리아와 세포 간 통신 사이의 수평적 유전자 전달을 선호합니다6,8.

생물막 형성은 감염을 촉진함으로써 여러 병원성 박테리아의 독성과 관련이 있습니다. 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria)는 인간에게 가장 치명적인 식인성 감염 중 하나인 리스테리아증을 유발하는 그람 양성 병원성 박테리아입니다9. 이는 세포 내에서 생존하고, 숙주의 세포 기계를 조작하고, 면역 체계에서 탈출할 수 있습니다10. L. monocytogenes는 저온, 낮은 pH 및 높은 염분 농도와 같은 불리한 환경 조건을 견뎌냅니다. 더욱이 이 박테리아는 여러 유형의 표면에 부착할 수 있고 식품 가공 환경에서 생물막 형태로 남아 식품을 오염시킬 수 있으므로 이 박테리아는 식품 산업에 큰 부담이 됩니다12,13,14,15. 정적 조건에서 성장할 때 L. monocytogenes 생물막은 박테리아 단층 형태이거나 벌집 모양 생물막을 형성할 수 있습니다. 또한 연속 흐름 조건에서 공 모양의 구조를 형성할 수도 있습니다18.