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链霉菌(Streptomyces)是一类革兰氏阳性丝状细菌,以其丰富的次级代谢产物和复杂的代谢调控网络而被广泛研究。γ-丁酸内酯(γ-butyrolactones,GBL)作为链霉菌内的信号分子,通过与相应的受体蛋白相互作用,进而激活多种次级代谢产物的生物合成。委内瑞拉链霉菌能产氯霉素(Chloramphenicol,cm)和隐性的杰多霉素(Jadomycin B,JdB)。Cm在正常生长状态下即可产生,但在其生物合成基因簇(cml)中未发现任何调控基因。隐性抗生素JdB只在环境压力(如乙醇胁迫)下才能大量合成,其生物合成基因簇(jad)中有多个调控基因。JadR1是JdB生物合成的激活子,属于双组分信号系统中非典型应答调控蛋白。JadR2是JdB生物合成的抑制子,属于TetR家族中假GBL受体(pseudo GBL receptor)蛋白。
在jadR2阻断突变株中,无乙醇胁迫时即能产生JdB,而Cm的产量降低。转录分析显示JadR2可以抑制iad基因簇中结构基因jadJ和激活子jadR1的转录。凝胶阻滞实验发现JadR2主要直接负调控jadR1的转录。在jadR1阻断突变株中,即使加乙醇胁迫也不能合成JdB,而无乙醇胁迫时Cm的产量却显著提高。在无乙醇胁迫时,JadR1可与结构基因cmlB和cmlJ的启动子结合,从而部分抑制cml基因簇的转录。而有乙醇胁迫时,JadR1可与关键结构基因iadJ和jadQ的启动子结合,进而激活jad基因簇的转录。另外,jad和cml基因簇中结构基因的突变对Cm和JdB的产量也会相互影响。以上结果表明,在JdB和Cm的生物合成途径中存在着复杂的交互调控关系。
进化分析发现,假GBL受体蛋白与多药抗性(Multi-drug resistance,MDR)调控蛋白在结构和功能上有较大的相似性。而结构不同的抗生素JdB、JdA和Cm都能与假GBL受体JadR2特异结合,使其从靶基因]adR1启动子上脱离而解除抑制作用。进一步通过lux基因报告系统,在体内证实了这类蛋白对抗生素信号的响应。这是关于假GBL受体可以识别并结合抗生素分子作为配体的首次发现;并且这种交互调控和协调机制在链霉菌次级代谢产物的生物合成中可能具有普遍的生物学意义。
革兰氏阴性菌中的LuxR蛋白、革兰氏阳性菌中的假GBL受体和多药抗性系统中的MDR调控蛋白,虽然序列同源性并不高,但都属于TetR超家族。进化分析显示,这三类蛋白之间有一些结构相似性和功能相关性。我们推测,在群感效应系统和多药抗性调控系统之间可能存在一些进化关系和生物学相关性。