I eukaryote celler spiller serin/threonin-proteinkinaser (StpK'er) vigtige roller i at begrænse virale infektioner. StpK'er aktiveres normalt under infektion og hæmmer ekspressionen af gener i centrum af viral replikation.
Den 10. august 2023 udgav He Zhengguos team på Guangxi University (med Li Xiaohui som første forfatter) en online artikel med titlen "Mycobacterial phage TM4 requires an eukaryote-like Ser/Thr proteinkinase to silence and escape anti-phage immunity", som rapporterede, at en eukaryot-lignende StpK7 kodet af MSMEG_1200 er påkrævet for at Mycobacterium pubescens TM4 kan undslippe bakterielt forsvar i Mycobacterium pubescens.
StpK7 er placeret i genøen MSMEG_1191MSMEG_1200 og indeholder flere fagresistensgener, der ligner BREX (fagafstødning) fagresistenssystemet. stpK7 regulerer negativt ekspressionen af denne gen-ø. Efter fag TM4-infektion induceres StpK7 til direkte at phosphorylere den transkriptionelle regulator MSMEG_1198 og hæmme dens positive regulatoriske aktivitet, hvorved ekspressionen af adskillige nedstrømsgener i den BREX-lignende genø reduceres. Yderligere analyse viste, at generne i denne anti-fag-ø spiller en central regulerende rolle i Mycobacterium lipidhæmostase og fagadsorption. Samlet set karakteriserer dette arbejde et regulatorisk netværk drevet af StpK7, der udnyttes af fag TM4 til at unddrage sig værtsforsvar mod Mycobacterium.
Mykobakterier tilhører en stor gruppe af Gram-positive actinomyceter, hvoraf de bedst kendte er langsomt voksende humane patogener, herunder Mycobacterium tuberculosis, der forårsager human tuberkulose, og Mycobacterium leprae, der forårsager spedalskhed. Det omfatter også Mycobacterium pubescens, en relativt hurtigt voksende, ikke-toksisk forrådnelsesbakterie. CRISPR-CAS-systemet er blevet karakteriseret i Mycobacterium-arter og har vist resistens over for transformation af fremmede plasmider. Derudover koder Mycobacterium-genomet for en række medfødte immunforsvar. systemer, såsom restriktionsmodifikationssystemer og toksin-antitoksinsystemer. Imidlertid er forsvarsfunktionen af disse medfødte immunsystemer mod fager ikke blevet beskrevet. Interessant nok kan syntesen og lokaliseringen af glycolipider og phospholipider i Mycobacterium pubescens ændre fagadsorptionskapacitet, og mutationer i relaterede gener kan påvirke bakteriel resistens over for fager. I Mycobacterium abscessus viste stammer med glat kolonimorfologi forårsaget af mutationer i generne stærkere fagresistens. Således er reguleringen af glycolipidmetabolisme i Mycobacterium tæt forbundet med dens fagresistens. De specifikke veje og mekanismer er dog stadig dårligt forstået.
For nylig er nogle eukaryot-lignende proteiner fundet i bakterier blevet rapporteret at have en forsvarsfunktion mod faginfektion, såsom Toll - interleukinreceptor strukturelle domæneproteiner, der medierer intracellulær NAD+ udtømning i bakterieceller og fører til celledød, såvel som StpK, som undertrykker viral transkription gennem produktion af modificerede ribonukleotider, er til stede i eukaryoter og de fleste bakterier og fungerer normalt som antivirale midler. I eukaryoter kan nogle StpK'er aktiveres ved viral signalering og yderligere hæmme viral infektion ved at blokere viral proteinsyntese. I bakterier har StpK'er mange fysiologiske funktioner, såsom regulering af cellevægssyntese, celledeling og dvale. Imidlertid er undersøgelsen af StpK-regulering af fag-vært-interaktioner kun blevet rapporteret i nogle få bakterier. Dette resulterer i phosphorylering af nogle proteiner forbundet med translation, DNA-reparation og central metabolisme, hvilket fører til celledød og dermed beskytter naboceller mod faginfektion I Streptomyces er StpK involveret i forsvaret mod fager som en komponent i Pgl- og BREX-forsvarssystemet , men dens nøjagtige rolle er ukendt.
Mekanismemodeldiagram (billede fra Cell Host & Microbe)
Bemærkelsesværdigt koder Mycobacterium tuberculosis-genomet for 11 StpK'er, hvoraf PknA og PknB tilhører den samme manipulator, der er essentiel for mykobakteriel vækst. Selvom disse StpK'er har vist sig at spille vigtige roller i cellevægssyntese, cellemorfologi og -deling, lipopolysaccharidtransport, osmotisk trykresistens, virulens og mange andre aspekter af bakteriel fysiologi, er deres roller i mycobakteriel-fag-interaktioner ikke blevet rapporteret. Hvorvidt disse eukaryot-lignende StpK'er er involveret, og hvordan de regulerer faginfektionsprocessen, er stadig ukendt.
TM4 er en dobbeltstrenget DNA-fag med en genomstørrelse på 52.797 basepar (bp) Den inficerer hurtigtvoksende Mycobacterium pubescens og langsomtvoksende Mycobacterium tuberculosis TM4-fag replikerer 20 minutter efter infektion af værtsbakterien, og lyserer værtscelle 4 time efter infektion af værtscellen Det er i øjeblikket meget brugt til genetisk manipulation af mykobakterier. Der er dog lidt kendt om interaktionen af TM4-fag med værtsbakterier og værtens forsvarsmekanismer mod TM4-fag.
Denne undersøgelse evaluerede systematisk alle 13 ikke-essentielle StpK-gener kodet af Mycobacterium pubescens-genomet og fandt, at knockdown af stpK7 signifikant forbedrede Mycobacterium-resistens over for TM4-fag. Denne undersøgelse rapporterer, at det unikke StpK7-gen er essentielt for TM4-faginfektion i Mycobacterium pubescens. Af særlig vigtighed er stpK7 placeret i en tidligere udefineret BREX-lignende gen-ø og kan dæmpe værtsforsvar ved direkte at fosforylere transkriptionsfaktorer på øen og derved opretholde TM4-fagadsorptionskapacitet og inhibere Mycobacterium-celledød. Som konklusion afslørede denne undersøgelse med succes et eukaryot-lignende StpK7-drevet regulatorisk netværk, der udnyttes af fag TM4 til at undgå værtsforsvaret af BREX-lignende fag-resistente genøer i Mycobacterium. Dette arbejde beriger i høj grad forståelsen af værtsforsvars-unddragelsesmekanismen for Mycobacterium-fag.
