클로람페니콜 노출에 의해 유도되는 Bacillus subtilis의 대사 재프로그래밍과 경쟁적 상호작용에서의 이동성 동원

Core Concepts

클로람페니콜 노출은 Bacillus subtilis의 대사를 재프로그래밍하여 세포 이동성을 동원하고 경쟁적 상호작용을 지원한다.

Abstract

이 연구는 Bacillus subtilis가 클로람페니콜과 같은 단백질 합성 억제제에 노출되었을 때 어떻게 대사를 재프로그래밍하여 집락 이동성을 동원하는지 밝혀냈다.
주요 내용은 다음과 같다:

클로람페니콜 노출은 B. subtilis의 단백질 합성을 약 7% 정도 억제하여 이동성을 유도한다. 이는 단백질 합성 억제가 이동성 동원의 촉발 요인임을 시사한다.

전사체 분석을 통해 다양한 대사 경로(당 대사, 핵산 대사, 아미노산 대사 등)의 조절 네트워크가 이동성 동원을 조절함을 확인했다. 특히 영양 감지 조절자 CodY가 핵심적인 역할을 한다.

대사체 분석 결과, 클로람페니콜 노출 시 핵산 삼인산염 수준이 증가하고 해당 작용과 TCA 회로 대사가 활성화되는 등 대사 전환이 관찰되었다.

형광 리포터 실험을 통해 이동하는 집락의 선단부와 후미부에서 각각 당 대사와 질소 대사가 공간적으로 분리되어 나타나는 것을 확인했다. 이는 대사 분업을 통해 집락 이동성이 지원됨을 보여준다.

CodY 결손 돌연변이주에서는 이러한 대사 분업이 와해되어 이동성이 항상 활성화되는 것으로 나타났다.

종합하면, 클로람페니콜 노출은 B. subtilis의 대사를 재프로그래밍하여 세포 이동성을 동원하고 경쟁적 상호작용을 지원하는 것으로 보인다.

Stats

클로람페니콜 1 μM 처리 시 B. subtilis의 단백질 합성이 약 7% 감소했다.
클로람페니콜 노출 6시간 후 793개, 24시간 후 352개의 유전자가 2배 이상 발현 변화를 보였다.
클로람페니콜 노출 6시간 후 세포 내 핵산 삼인산염 수준이 3배 이상 증가했다.
클로람페니콜 노출 24시간 후 세포 내 알란토인 수준이 약 8배 증가했다.

Quotes

"클로람페니콜 노출은 단백질 합성을 약 7% 정도 억제하여 이동성을 유도한다."
"CodY가 이동성 동원의 핵심적인 조절자로 작용한다."
"이동하는 집락의 선단부와 후미부에서 각각 당 대사와 질소 대사가 공간적으로 분리되어 나타난다."

Key Insights Distilled From

MOB rules: Antibiotic Exposure Reprograms Metabolism to Mobilize Bacillus subtilis in Competitive Interactions

by Liu,Y., LaBo... at www.biorxiv.org 03-20-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.20.585991v1

Deeper Inquiries

클로람페니콜 이외의 다른 항생제들도 이와 유사한 방식으로 B. subtilis의 이동성을 유도할 수 있는가?

클로람페니콜은 단백질 합성을 억제하여 B. subtilis의 이동성을 유도하는데 사용되는 것으로 나타났습니다. 다른 항생제들도 이러한 유도를 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 단백질 합성을 억제하는 다른 항생제들인 에리토마이신, 테트라사이클린, 린코마이신 등도 B. subtilis의 이동성을 유도할 수 있을 것으로 예상됩니다. 이러한 항생제들은 단백질 합성을 억제하여 세포의 생리학적 상태를 변경하고, 이로 인해 이동성을 유도할 수 있습니다.

CodY 이외에 다른 어떤 조절자들이 이동성 동원에 관여할 수 있는가

CodY 외에도 B. subtilis의 이동성에 관여할 수 있는 다른 조절자들이 있습니다. 예를 들어, AbrB는 B. subtilis의 성장과 안정 상태 전환을 조절하는 주요 조절자 중 하나입니다. 또한, PurR은 퓨린 대사를 조절하며, GlnR은 글루타민 대사를 조절합니다. 이러한 조절자들은 대사 조절을 통해 이동성을 조절할 수 있습니다. 또한, ResD, NsrR, LytT, FapR, TnrA, RnmP(YlxR), PucR 등의 조절자들도 B. subtilis의 이동성에 영향을 줄 수 있는 중요한 역할을 합니다.

이러한 대사 분업 현상이 다른 세균 종에서도 관찰될 수 있는지, 그리고 그 생태학적 의미는 무엇인가

이러한 대사 분업 현상은 다른 세균 종에서도 관찰될 수 있습니다. 세균은 경쟁 상황에서 생존하기 위해 다양한 전략을 발전시키고, 대사 분업은 이러한 전략 중 하나일 수 있습니다. 이동성을 통해 세균은 새로운 환경으로 이동하거나 경쟁 상대와의 상호작용을 조절할 수 있습니다. 이러한 대사 분업은 세균 군집 내에서 특정 임무를 수행하는 세포 하위 모집단을 형성함으로써 세균 군집의 생존과 경쟁력을 향상시킬 수 있습니다. 이는 세균 군집의 동적인 조절 및 적응 메커니즘 중 하나로 볼 수 있으며, 생태학적으로는 세균 군집의 다양성과 생존 전략에 대한 중요한 통찰을 제공할 수 있습니다.