Еволюция на кариогенния характер при мутантни стрептококи хоризонтално предаване на гени на

стрептококи

  • Субекти
  • Обобщение
  • Въведение
  • Резултати
  • Филогенетичен анализ на ензими от семейството на гликозил хидролазата 70
  • Картографиране на геномното местоположение на гените от семейство гликозил хидролаза 70
  • Филогенетичен анализ на каталитичния домен в стрептококови GTF
  • Филогенетичен анализ на свързващия глюкан домен в стрептококови GTF
  • Дискусия
  • Методи
  • Гликозил хидролазна фамилия 70 последователности
  • Търсете хомология и семейство протеини
  • Филогенетичен анализ
  • Картографиране на геномното местоположение на гените от семейство гликозил хидролаза 70
  • Допълнителна информация
  • PDF файлове
  • Допълнителна информация
  • Коментари

Субекти

  • Микробиология на околната среда
  • Микробна генетика
  • Молекулярна еволюция
  • Патогени

Обобщение

Придобиването на способността да произвежда полизахариди от захароза, т.е. gtf генът, кодиращ глюкозилтрансфераза (GTF), е ключовото еволюционно събитие, което позволява образуването на зъбни биофилми от стрептококи. За да изясним родословието на стрептококови GTF, времето на тяхното появяване и реда на конкретни събития, ние изследвахме разпределението на GTF сред бактериите, използвайки филогенетичен анализ на ензими от семейство 70 гликозил хидролаза. Открихме, че стрептококовите GTF са получени от други млечнокисели бактерии като Lactobacillus и Leuconostoc, и предлагаме следния еволюционен модел: хоризонтален трансфер на гени чрез транспозони е възникнал, когато стрептококите са срещнали млечнокисели бактерии, съдържащи се във ферментирали храни. Интрагеномното дублиране на гени е причинено от вторично селекционно налягане, като консумация на рафинирана захар. Нашите открития за тази еволюция при Streptococcus mutans осигуряват важен фон за изследване на връзката между историческото разпространение на зъбния кариес и антропологичните фактори.

Въведение

При хората зъбният кариес се определя като деминерализация на зъбите чрез бактериално производство на органична киселина от ферментиращи субстрати като монозахариди, олигозахариди и преработени полизахариди 1, 2, 3. Пандемията на зъбния кариес вече е обсъждана от антропологична и археологическа гледна точка по отношение на консумацията на ферментиращи въглехидрати 4, 5, 6, 7. Всъщност появата на зъбен кариес е положително свързана с повишената консумация на въглехидрати чрез основния източник, зърно 8, 9, след появата на праисторическото земеделие. По това време степента на кухините е относително лека, тъй като оралните бактерии произвеждат само малки количества органична киселина. Широкото използване на рафинирана захар по време на индустриалната революция поради подобрения в техниките за преработка на храни, стабилизиране на доставките на захарна тръстика на основата на плантации и премахването на Закона за царевицата 10 доведе до внезапно увеличаване на разпространението на кухините.

Досега само антропологични фактори, като описаните по-горе, са били взети предвид при развитието на зъбен кариес при хората, докато факторите, които засягат болестотворните бактерии, са пренебрегвани до голяма степен. Това може да се основава на твърдото убеждение, че бактериите, причиняващи кариеси, са предшествали развитието на кухини. Понастоящем обаче няма изследвания, които да описват произхода на бактериите, причиняващи кариеси. Днес Streptococcus mutans се счита за основната причина за зъбен кариес. Тези бактерии имат способността не само да метаболизират големи количества киселина от различни захари, но и да прилепват здраво към зъбната повърхност, използвайки адхезивни глюкани, произведени от захар, рафинирана от глюкозилтрансферази (GTF) 11. Това последно свойство на бактериите, причиняващи кариес, е основната характеристика, която отличава праисторическия кариес от съвременния кариес.

Резултати

Филогенетичен анализ на семейство гликозил хидролаза 70 ензими

За да се определи произходът на гените, които допринасят за кариогенния потенциал на Str. Mutans, са конструирани 3 филогенетични дървета от ензими от семейството на гликозил хидролазата 70 (допълнителна таблица S1), използвайки методите NJ, ME и MP. Дървото, генерирано по метода MP, е показано на фигура 1, а останалите 2 са представени в допълнителна информация. Получените 3 дървета показаха пълна конгруентност. Стрептококовите GTF ензими проявяват хомология с Leuconostoc декстрансукрази и Lactobacillus и Lactococcus GTF, което предполага общо произход за гените, кодиращи тези ензими.

Филогенетично дърво на аминокиселинните последователности на гликозил хидролазната фамилия 70 ензими е конструирано, използвайки метода на максимален парсимон (MP). Гените в скоби с удебелени линии са съседни един на друг в бактериалния геном. Стойността във всеки клон е прогнозната граница на доверие (изразена като процент) за позицията на клоновете, определена от анализа на началната лента. Показват се само стойности над 50%.

Изображение в пълен размер

Картографиране на геномното местоположение на семейство Гликозил хидролаза 70 гена

Областите нагоре и надолу по веригата на gtf гените на 4 вида бактерии са показани на фигура 2А. Транспозазните последователности са наблюдавани в горните и/или долните области на Lactobacillus reuteri gtf 180 и Lactobacillus sakei gtf Kg15. Streptococcus oralis gtfR надолу по веригата също показва хомология на последователността със стрептококови гени за транспозаза (фиг. 2В). Идентичността между този регион и транспозазните гени на Str. Pneumoniae, Str. Suis, Str. Gordonii и Str. Mitis, показва съответно 80, 80, 78 и 76%. Въпреки това, последователности, хомоложни на транспозазните гени, не са открити надолу или нагоре по веригата на gtfB, gtfC и gtfD в Str. Mutans