Kopieantalet av ribosomalt RNA (rrn) operon är en karaktäristisk egenskap hos bakteriella genom. Det influerar tillgängligheten på rRNA, vilket i sin tur bestämmer antalet ribosomer, som har en nyckelroll i cellulär fysiologi och ekonomi. Kopieantalet varierar mellan ett till femton i olika bakteriella genom, där högre kopieantal tenderar att hittas i snabbt växande organismer, såväl som hos de med relativt stora genom. Stora genom har kapacitet att koda för multipla kaskader för upptag och användning av näringsämnen vilket främjar en livsstil där anpassning till diverse miljöer är möjligt. I kontrast så tenderar bakterier med mindre genom som lever i stabila och näringsfattiga miljöer att ha ett lågt antal rrn operon. Det tros att antalet rrn operon reflekterar organismens ekologiska strategi.
Bakterier har evolverat för att maximera tillväxt. Snabb anpassning till en ökad tillgång till näring kräver tillgång på tillgängliga ribosomer. Antalet tillgängliga ribosomer beror huvudsakligen på tillgången av ribosomalt RNA (rRNA), som reglerar tillgången på ribosomala proteiner genom en feed-back mekanism. I snabbt växande E. coli är upp emot 85% av det totala RNAt rRNA. För att tillgodose cellen med denna tillgång på rRNA finns vanligtvis flera kopior av rrn operon i deras genom, och när bakterierna växer snabbt är de flesta RNA-polymerasen tilldelade uppgiften att transkribera dessa operon. Att syntetisera ribosomer är kostsamt ur ett energiperspektiv, och ett överskott av ribosomer kan leda till suboptimal tillväxt. Därför är uttrycket av rrn-operon reglerat och anpassas snabbt till cellens behov genom feed-back reglering. Till exempel, om det råder brist på tillgängliga aminosyror och nukleotider så nedregleras uttrycket av rrn-operon.
De GC-rika genomen hos de gram-positiva bakterierna Streptomyces kodar för ett brett spektrum av genkluster involverade i produktionen av sekundära metaboliter som leder till produktionen av farmaceutiska och industriellt viktiga antibiotikor, anticancer-, antisvampläkemedel, insekticider och herbicider.
Av streptomyceterna karaktäriseras Streptomyces venezuelae av dess förmåga att producera kloramfenikol, jadomycin, och pikromycin. Arten betraktas även som en framväxande modellorganism på grund av dess förmåga att växa snabbt, att den är lätt att genetiskt manipulera, att den inte bildar så kallade mycelklumpar, och för att den kan sporulera i flytande media. Enligt vår vetskap finns det 29 S. venezuelae stammar varav tre av dessa (S. venezuelae ATCC 10712, NRRL B-65442, and ATCC 15439) har använts för att syntetisera sekundära metaboliter.
S. venezuelae stam ATCC 10712 producerar kloramfenikol, vilken är en bredspektrum-antibiotika och kan användas för att behandla inflammation i ögats bindehinna, hjärnhinneinflammation, tyfoidfeber. Dessutom kan den under stressade förhållanden producera jadomycin som är en antibiotika som kan användas för att behandla behandlingsresistent bröstcancer. Många sekundära metaboliter, många andra sekundära metaboliter, inkluderat venemycin, watasemycin, isodauc-8-en-11-ol, venezuelin, gaburediner, och foroxymithine, upptäcktes också i denna stammen.
NRRL B-65442 är också känd för att producera kloramfenikol.
Avslutningsvis behandlar vi även stammen ATCC 15439, som främst producerar pikromycinderivat på grund av dess förmåga att producera olika makrolider från ett enda genkluster. Eftersom att den växer snabbt och är relativt lätt att manipulera genetiskt har ATCC 15439 även använts för att uttrycka sekundära metaboliter som hämtats från andra organismer.
Streptomyces-bakterier uppskattas ha funnits på jorden i ungefär 400 millioner år. Men, det är endast under det senaste århundradet som de fått den uppmärksamhet som de rikligt förtjänar.1943 beskrevs Streptomyces för första gången som aerobiska, filmentösa, och sporskapande bakterier. Namnet härstammar från latinska ordet Strepto (skruvad) och myces (svamp). Trots referensen till svampar, så har dessa mikrober och deras släktingar varit erkända som bakterier åtminstone sedan 1940-talet. Det finns idag >1,100 namngivna streptomyceter, vilket gör dem till ett av de största bakteriella släktena.
Streptomyceter är rikligt förekommande i världen runtomkring oss och kan lätt odlas. De är mest kända som jordbakterier; men de kan också hittas i marina sediment och i färskvattensekosystem. Medan den största majoriteten av streptomyceter som studerats till idag är frilevande, så har det på senare år blivit uppenbart att dessa mikrober även leva i association med andra organismer, så som insekter, svampar, och växter. Värt att nämna är att det endast finns ett fåtal Streptomyces arter som kan orsaka sjukdom hos människor.
Det finns en mängd egenskaper som har gjort streptomyceter till fascinerande organismer att studera. Några av dessa är att de har linjära kromosomer till skillnad från många andra bakterier som har cirkulära kromosomer, deras svampliknande sätt att växa på, och deras imponerande metaboliska förmåga, inkluderat deras förmåga att producera antibiotikor bioaktiva molekyler.
Precis som för många frilevande bakterier har streptomyceter stora kromosomer som sträcker sig 6 till 13 megabaspar. Dessutom har Streptomyces-kromosomer en starkt skev genomisk komposition där 70% av DNAt består av G/C-baser. Eftersom att kromosomen är linjär skapar detta unika utmaningar när kromosomen replikeras, särskilt när ändarna ska dupliceras. Kromosomen är organiserad på ett sätt där gener essentiella för livskraft går att finna runt om den punkt där genomet replikeras först, medan denna region är flankerad av "armar" där många av de art-specifika generna är lokaliserade, inkluderat majoriteten av de genkluster som används för att produceras biosyntetiska molekyler.
Streptomyces venezuelae är släkting med Mycobacterium tuberculosis. Det har visat sig att M. tuberculosis har homologer av generna vi studerar. Vi vet väldigt lite om genernas funktion i S. venezuelae men intressant är att i M. tuberculosis verkar genen uttryckas starkt när den håller på att ätas upp av en makrofag. Det finns en studie som indikerar att en av generna kan förhindra apoptos (ett sorts cellulärt självmord). Mekanismen verkar vara följande - en av genprodukterna utsöndras i omgivningen och binder till makrofagens serinproteas cathepsinG på membranet och inhiberar dess enzymatiska aktivitet och nedströmsaktiveringen av kaspas-1 och förhindrar således apoptos. Ska diskuterar detta med min professor.
På bilden syns Rv3364cs struktur framtagen av Alphafold.
Ett sätt för att hitta homologer (gener som är besläktade) kan vara att göra en så kallad BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) sökning. BLASTen hittar regioner av lokal likhet mellan protein- eller nukleotidsekvenser. Programmet jämför nukleotid- eller proteinsekvenser med sekvenser i en databas och beräknar den statistiska signifikansen för en match.
Genom att förse BLAST med sekvens till ett av de proteiner vi undersöker beräknas det finnas 8 homologer i genomet (vår gen inkluderat). Vi har knockat dessa generna redan och undersöker i dagsläget deras funktion. Generna verkar ha en funktion i bakteriens morfologi då vi observerat skillnader i fenotyp mellan vildtypen och mutanterna. Jag har jobbat de senaste dagarna med att etablera en metod för att mäta dessa skillnader.
Hur som helst, genom att ha erhållit sekvenserna kan jag påbörja enklare bioinformatiska analyser för att förstå generna på sekvensnivå. Börjar nog med att skriva ett skript för att beräkna GC-innehållet för varje gen.
Sedan senast har jag varit med och tagit fram en teaterföreställning, blivit medförfattare till en bok, och är nu forskarassistent igen.
Jag snubblade in på teater efter att ha blivit tillfrågad om jag ville medverka i en produktion med fokus på psykisk ohälsa. Jag kände mig tvungen att tacka ja. Det var spännande att skriva manus och att få se föreställningen växa fram. Vi spelade inför publik och fick stående ovationer. Tror den träffade i hjärtat eftersom att publiken både skrattade och grät. Efter det så fick jag förfrågan om att medverka som författare till en bok på samma tema. Ett år senare återvände jag till forskarvärlden. Just nu är jag involverad i ett projekt där vi försöker att förstå och kvantifiera olika egenskaper hos bakterier som är kopplade till dess morfologi.
Antipsykotiska mediciner kan vara potentiella anticancermedel. Patienter med schizofreni har ofta en minskad tumörfrekvens efter att ha genomgått långvarig behandling.
Källa:
Zhang W, Zhang C, Liu F, et al. Antiproliferative activities of the second-generation antipsychotic drug sertindole against breast cancers with a potential application for treatment of breast-to-brain metastases. Sci Rep. 2018;8(1):15753. Published 2018 Oct 25.
Mängden stödjande bevis att det finns en länk mellan immunologiska processer och psykossjukdomar har ökat. Ökade nivåer av inflammatoriska markörer kan hittas i både blodet och cerebrospinalvätskan hos patienter med psykos, där nivåerna verkar vara högre hos patienter med en första psykotisk episod eller vid ett akut återfall. Ytterligare så har vissa även hittat en association mellan högre nivåer av inflammation under barndomen och en ökad risk för psykossjukdomar. Dessutom har högre nivåer av inflammationsmarkörer associerats med en avsaknad av respons av behandling. Antiinflammatorisk bahndling har visat sig vara speciellt välgörande effekt hos den subgruppen av patienter.
Källa:
Miller BJ, Buckley P, Seabolt W, Mellor A, Kirkpatrick B. Meta-analysis of cytokine alterations in schizophrenia: clinical status and antipsychotic effects. Biol Psychiatry. (2011) 70:663?71. 10.1016/j.biopsych.2011.04.013
Goldsmith DR, Rapaport MH, Miller BJ. A meta-analysis of blood cytokine network alterations in psychiatric patients: comparisons between schizophrenia, bipolar disorder and depression. Mol Psychiatry. (2016) 21:1696?709. 10.1038/mp.2016.3
Bechter K, Reiber H, Herzog S, Fuchs D, Tumani H, Maxeiner HG. Cerebrospinal fluid analysis in affective and schizophrenic spectrum disorders: identification of subgroups with immune responses and blood?CSF barrier dysfunction. J Psychiatr Res. (2010) 44:321?30. 10.1016/j.jpsychires.2009.08.008
Khandaker GM, Pearson RM, Zammit S, Lewis G, Jones PB. Association of serum interleukin 6 and C-reactive protein in childhood with depression and psychosis in young adult life: a population-based longitudinal study. JAMA psychiatry. (2014) 71:1121?8. 10.1001/jamapsychiatry.2014.1332
Metcalf SA, Jones PB, Nordstrom T, Timonen M, Mäki P, Miettunen J, et al. . Serum C-reactive protein in adolescence and risk of schizophrenia in adulthood: a prospective birth cohort study. Brain Behav Immun. (2017) 59:253?9. 10.1016/j.bbi.2016.09.008
Mondelli V, Ciufolini S, Belvederi Murri M, Bonaccorso S, Di Forti M, Giordano A, et al. . Cortisol and inflammatory biomarkers predict poor treatment response in first episode psychosis. Schizophr Bull. (2015) 41:1162?70. 10.1093/schbul/sbv028
Girgis RR, Ciarleglio A, Choo T, Haynes G, Bathon JM, Cremers S, et al. . A randomized, double-blind, placebo-controlled clinical trial of tocilizumab, an interleukin-6 receptor antibody, for residual symptoms in schizophrenia. Neuropsychopharmacology. (2018) 43:1317?23. 10.1038/npp.2017.258
