质粒101:质粒不亲和性gydF4y2Ba

由利亚SchwiesowgydF4y2Ba

质粒不亲和性的定义是不同质粒不能在一个细菌细胞中保持。在这个gydF4y2Ba质粒101gydF4y2Ba帖子,我们将介绍为什么会发生这种情况,如何影响您的工作,以及如何理解它可以使用。gydF4y2Ba

首先,为什么质粒是不相容的?当一个细胞内的多个质粒具有相同的复制子和/或分区系统时,就会发生质粒不兼容性。让我们从复制子开始——质粒中包含复制起源和复制控制机制的部分(需要复习一下复制起源吗?看到我们的gydF4y2Ba质粒101:复制的起源gydF4y2Ba博客)。gydF4y2Ba

复制的问题gydF4y2Ba

具有相同复制子的质粒是不相容的,因为它们在细胞内竞争相同的复制控制机制。大多数质粒编码agydF4y2Ba涉及反义rna或迭代子的负调控系统gydF4y2Ba当单元格中的拷贝数很高时,禁止复制,但允许在单元格中的拷贝数下降时(Novcik,1987)。gydF4y2Ba

质粒上的反义rna要么通过抑制复制机制蛋白的翻译间接抑制复制,要么通过抑制复制机制蛋白的翻译直接抑制复制gydF4y2Ba绑定到复制的起源和阻塞复制机械gydF4y2Ba(Del Solar,1998)。随着质粒的拷贝数增加,这些反义RNA的增加量抑制质粒复制。gydF4y2Ba

相容质粒与不相容质粒世代之比较gydF4y2Ba
图1:复制问题。gydF4y2Ba

迭代剂在复制起点内重复序列,并且是包含它们的质粒的复制所需的(Del Solar等,1998)。迭代基质复制控制有两种模型,不一定是相互排斥的。首先,复制启动因子REPA与ITeron绑定到启动复制。然而,在含迭代质粒中,REPA也可以与其自身的启动子结合并抑制自己的转录。随着副本编号的增加,压抑REPA转录并将复制下调。在第二种模型中,称为“手铐”模型,两种单独的质粒的迭代结合到相同的REPA分子中,形成“手铐”结构,当质粒拷贝数为高(Del Solar等,1998)时,物理阻断复制机械的结构。。gydF4y2Ba

在相容质粒的情况下,不同的负调控系统利用独特的复制机制控制每个质粒的复制。然而,当质粒具有相同的复制起点时,负调控系统无法区分不同的质粒。细胞中负调控系统元件的浓度对两个质粒来说都是人为的高浓度,所以每个质粒“认为”自己有比实际高的拷贝数,两个质粒都没有被保留(图1)。gydF4y2Ba

分区问题gydF4y2Ba

质粒不相容也发生gydF4y2Ba质粒的分区gydF4y2Ba(舒马赫,2012)。这个概念比简单地争夺复制控制因素要复杂一些,而且往往更值得关注gydF4y2Ba低复制质粒gydF4y2Ba,尽管分区问题确实发生在高拷贝质粒(Diaz等,2015)中。质粒含有一个系统,用于在细胞分裂期间将自己分配给每个子细胞。他们并不简单地依靠机会(或随机扩散)来实现这一目标。gydF4y2Ba

细菌中存在几种不同的质粒分配系统,但通常它由质粒上的符号状区域,甲基样区结合蛋白(CBP)和分区NTPase(Schumacher,2012)组成。在细胞分裂期间,Cbps在每种质粒上与符号状区域结合并将质粒与基质相对(类似于在真核细胞中聚集在一起的姐妹染色体)。招募分区NTPase并“走向”每种质粒到单独的子细胞。当质粒兼容时,不同的CBP与每个质粒类型结合,并且不同的NTP酶将质粒对分离到新子细胞中。gydF4y2Ba

对于高复制质粒,由于具有相同的复制机械,因此由于分配引起的不相容性类似于不相容性。具有相同的焦细的粘合区的高分子质粒竞争相同的CBP和NTP酶以将质粒正确分配给每个子细胞。当没有足够的CBP和NTPase来环绕时,质粒随机定位,导致质粒损失(Diaz等,2015)。gydF4y2Ba

相容质粒与不相容质粒间质粒分配的比较gydF4y2Ba
图2:分区问题。gydF4y2Ba

对于低复制质粒,主要理论是质粒不相容的主要理论是由于gydF4y2Ba识别问题gydF4y2Ba: the CBPs in the cell can’t tell the difference between plasmids if they have the same centromere-like region, and the NTPases end up “walking” the same plasmids to one daughter cell, instead of partitioning each type of plasmid into a separate daughter cells (Figure 2) (Ebersbach et al., 2005). However, more recent studies suggest that the late replication that occurs for some types low copy plasmids during cell division simply does not allow for enough time for correct partitioning to occur (Diaz et al., 2015).

值得注意的是,质粒可以对称不相容,这意味着两个质粒从细胞中丢失,具有相同的概率或不对称,其中一种质粒以比刻录物质粒更高的速率从细胞损失。由于几种原因发生了不对称的质粒损失,包括另一种质粒阻断复制,另一种质粒封闭另一种质粒,用于复制或分配机械(Novick,1987)。在另一个质粒脱位的情况下,通常较小的,更高的复制质粒可以更有效地滴定复制或分配机器远离较大,低复制质粒和更大的低拷贝质粒更可能随时间丢失。gydF4y2Ba

质粒不相容是否会影响我的克隆项目?gydF4y2Ba

如果您想克隆同一细菌细胞内两粒质粒,请考虑质粒不相容是否会影响您的计划。这种情况可能出现微生物学家,其中克隆两种质粒到一个细菌中并不罕见,或者也许是想要开发基于质粒的基础工具的合成生物学家,这易于与其他质粒一起使用。gydF4y2Ba

你如何知道你的质粒是否不相容?科学家已经开发了一套细菌不相容组系统,基于复制和分裂系统的相似性,属于同一组的质粒是不相容的。目前,有gydF4y2Ba27不兼容(Inc)组在gydF4y2Baenterobacteriaceae.gydF4y2Ba家庭gydF4y2Ba单独,这是扩展的,因为我们获得更多关于质粒的基因组数据(Shintani等,2015)。现在,生物信息学工具有助于研究人员确定其质粒如何基于序列数据。但是,如果这些不提供清晰度,一个潮湿的实验室gydF4y2Ba转型实验gydF4y2Ba最终会通知你的质粒是否兼容。gydF4y2Ba

利用质粒不相容的治疗优势gydF4y2Ba

虽然可能看起来像质粒不相容,但可能正处于对细菌克隆荣耀的途中,科学家们已经应用了这些概念来应对微生物世界的更险恶的质粒。(想了解更多关于这些质粒类型的信息?读我们的gydF4y2Ba质粒101:环境质粒gydF4y2Ba博客)。科学家设计了小的高拷贝不相容的质粒,导致通常大,低拷贝毒力质粒的不对称质粒损失。该策略在脱离细菌病原体中取代或“固化”毒力质粒的成功gydF4y2Ba鼠疫杆菌gydF4y2Ba,gydF4y2Ba根癌土壤杆菌gydF4y2Ba, 和gydF4y2Ba炭疽杆菌gydF4y2Ba(Lui等人,2012,Ni等人,2008,Uraji等人,2002)。科学家们开始使用质粒不相容性来对抗抗菌素耐药性。利用新的质粒,部分基于质粒与抗生素耐药性质粒的不相容,科学家已经gydF4y2Ba被排出的抗生素抗性质粒gydF4y2Ba从gydF4y2Baenterobacteriaceae.gydF4y2Ba小鼠肠内的家庭成员(Kamruzzaman等,2017)。gydF4y2Ba

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参考gydF4y2Ba

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