استجابة استغاثة

الموسوعة الحرة
نظام SOS في بكتيريا الإشريكية القولونية : قد يتضرر الحمض النووي (DNA) بفعل عوامل الربط المتقاطع، والأشعة فوق البنفسجية، وعوامل الألكلة، وغيرها. عند حدوث الضرر، يستشعر بروتين RecA، وهو بروتين من عائلة LexA، هذا الحمض النووي التالف، فيُفعَّل بإزالة مثبطه. بمجرد إزالة مثبط ثنائي LexA، يصبح التعبير عن أوبيرون LexA ذاتي التنظيم. إضافةً إلى كونه بروتينًا من عائلة LexA، يحفز بروتين RecA أيضًا بعض تفاعلات الحمض النووي الجديدة، مثل تزاوج الحمض النووي أحادي السلسلة ونقل السلاسل. يتميز نظام SOS بقدرة معززة على إصلاح الحمض النووي، بما في ذلك الاستئصال والإصلاح بعد التضاعف، وتعزيز الطفرات وتحفيز الطليعة الفيروسية. كما يمكن للنظام تثبيط انقسام الخلايا وتنفسها. [ 1 ]
تم اقتراح استجابة SOS كنموذج لتطور البكتيريا لأنواع معينة من مقاومة المضادات الحيوية . [ 2 ]

استجابة SOS هي استجابة نسخية شاملة لتلف الحمض النووي في بدائيات النوى ، حيث يتوقف فيها دورة الخلية وتُحفز آليات إصلاح الحمض النووي (الخالية من الأخطاء والمعرضة للأخطاء). ويتم تنظيم هذه الاستجابة بواسطة بروتينين، هما RecA و LexA . يُحفز بروتين RecA بواسطة الحمض النووي أحادي السلسلة، ويشارك في تعطيل المُثبط ( LexA ) لجينات استجابة SOS، مما يؤدي إلى تحفيز الاستجابة. وهو نظام إصلاح معرض للأخطاء يُساهم بشكل كبير في تغيرات الحمض النووي التي تُلاحظ في نطاق واسع من أنواع البكتيريا.

اكتشاف

تم توضيح استجابة SOS من قِبل إيفلين ويتكين . [ 3 ] [ 4 ] لاحقًا، ومن خلال توصيف الأنماط الظاهرية لبكتيريا الإشريكية القولونية المُطفرة ، قامت هي وطالب ما بعد الدكتوراه ميروسلاف رادمان بتفصيل استجابة SOS للأشعة فوق البنفسجية في البكتيريا. [ 3 ] [ 5 ] كانت استجابة SOS لتلف الحمض النووي اكتشافًا رائدًا لأنها كانت أول استجابة إجهاد منسقة يتم توضيحها. [ 6 ]

الآلية

أثناء النمو الطبيعي، تخضع جينات SOS لكبح بروتين LexA . في الظروف الطبيعية، يرتبط LexA بتسلسل توافقي ( صندوق SOS ) في منطقة المشغل لجينات منظم SOS. تُعبَّر بعض هذه الجينات بمستويات معينة حتى في حالة الكبح، وذلك تبعًا لتقارب LexA مع صندوق SOS الخاص بها. يحدث تنشيط جينات SOS بعد تلف الحمض النووي نتيجة تراكم مناطق الحمض النووي أحادي السلسلة (ssDNA) المتولدة عند شوكات التضاعف، حيث يُعاق إنزيم بوليميراز الحمض النووي . يُشكِّل RecA خيطًا حول هذه المناطق من الحمض النووي أحادي السلسلة بطريقة تعتمد على ATP، ويُصبح مُنشَّطًا. [ 7 ] يتفاعل الشكل المُنشَّط من RecA مع مثبط LexA لتسهيل انقسام مثبط LexA ذاتيًا من المشغل. [ 7 ] [ 8 ]

بمجرد انخفاض مستوى بروتين LexA، يقل تثبيط جينات SOS تبعًا لمستوى ارتباط LexA بمواقع SOS. [ 7 ] تُعدّ الجينات التي ترتبط بـ LexA بشكل ضعيف أول ما يُعبَّر عنه بشكل كامل. وبهذه الطريقة، يستطيع LexA تنشيط آليات إصلاح مختلفة بالتتابع. تُحفَّز الجينات التي تحتوي على موقع SOS ضعيف (مثل lexA و recA و uvrA و uvrB و uvrD ) بشكل كامل استجابةً حتى للمعالجات المحفزة لـ SOS الضعيفة. وبالتالي، فإن أول آلية إصلاح SOS يتم تحفيزها هي إصلاح استئصال النوكليوتيدات (NER)، والذي يهدف إلى إصلاح تلف الحمض النووي دون الالتزام باستجابة SOS كاملة. مع ذلك، إذا لم يكن NER كافيًا لإصلاح التلف، ينخفض ​​تركيز LexA أكثر، مما يؤدي إلى تحفيز التعبير عن الجينات التي تحتوي على مواقع LexA أقوى (مثل sulA و umuD و umuC - والتي تُعبَّر عنها لاحقًا). [ 7 ] يوقف بروتين SulA انقسام الخلية [ 7 ] عن طريق الارتباط ببروتين FtsZ ، وهو البروتين المُحفِّز لهذه العملية. يؤدي هذا إلى تكوين الخيوط الخلوية ، وتحفيز إصلاح الطفرات المعتمد على UmuDC. نتيجةً لهذه الخصائص، قد يتم تحفيز بعض الجينات جزئيًا استجابةً حتى لمستويات تلف الحمض النووي الداخلية، بينما يبدو أن جينات أخرى لا يتم تحفيزها إلا عند وجود تلف شديد أو مستمر في الحمض النووي داخل الخلية.

في بكتيريا كولوباكتر ، تبين أن خصائص صندوق LexA غير كافية لتفسير الديناميكيات الزمنية لاستجابة SOS [ 9 ] . وبدلاً من ذلك، يُقترح أن قوة المحفز الجوهرية هي التي تحدد هذا الترتيب.

مقاومة المضادات الحيوية

أظهرت الأبحاث أن نظام استجابة SOS قد يؤدي إلى طفرات تُكسب البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية. [ 10 ] ويعود ارتفاع معدل الطفرات خلال استجابة SOS إلى ثلاثة بوليميرازات DNA منخفضة الدقة : Pol II و Pol IV و Pol V. [ 11 ] [ 10 ] ويركز الباحثون حاليًا على هذه البروتينات بهدف تطوير أدوية تمنع إصلاح SOS. وبذلك، يمكن إطالة الفترة الزمنية اللازمة للبكتيريا الممرضة لتطوير مقاومة للمضادات الحيوية، مما يُحسّن فعالية بعض المضادات الحيوية على المدى الطويل. [ 12 ]

إلى جانب المقاومة الجينية، يمكن لاستجابة SOS أن تعزز المقاومة الظاهرية أيضًا. في هذه الحالة، يُحفظ الجينوم بينما تتغير عوامل أخرى غير جينية لتمكين البكتيريا من البقاء. على سبيل المثال، رُبط نظام السموم ومضادات السموم tisB-istR المعتمد على استجابة SOS بتحفيز الخلايا المستعصية المعتمد على تلف الحمض النووي . [ 13 ]

اختبار السمية الجينية

نظرة عامة على استخدام استجابة SOS لاختبار السمية الجينية.

في بكتيريا الإشريكية القولونية ، يمكن لأنواع مختلفة من العوامل المُتلفة للحمض النووي أن تُحفز استجابة SOS، كما ذُكر سابقًا. وباستغلال اندماج الأوبيرون الذي يضع أوبيرون اللاكتوز (المسؤول عن إنتاج بيتا-جالاكتوزيداز، وهو بروتين يُحلل اللاكتوز) تحت سيطرة بروتين مُرتبط باستجابة SOS، يُمكن إجراء فحص لوني بسيط للسمية الجينية . يُضاف نظير اللاكتوز إلى البكتيريا، ثم يُحلل بواسطة بيتا-جالاكتوزيداز، مُنتجًا بذلك مُركبًا مُلونًا يُمكن قياسه كميًا باستخدام قياس الطيف الضوئي . تُعد درجة ظهور اللون مقياسًا غير مباشر لكمية بيتا-جالاكتوزيداز المُنتجة، والتي بدورها ترتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية تلف الحمض النووي.

تُجرى تعديلات إضافية على بكتيريا الإشريكية القولونية لإدخال عدد من الطفرات، بما في ذلك طفرة uvrA التي تُضعف قدرة السلالة على إصلاح الحمض النووي، مما يزيد من استجابتها لبعض العوامل المُتلفة للحمض النووي، بالإضافة إلى طفرة rfa التي تُضعف قدرة البكتيريا على إنتاج الليبوبوليسكاريد، مما يسمح بانتشار أفضل لبعض المواد الكيميائية داخل الخلية لتحفيز استجابة SOS. [ 14 ] تتوفر مجموعات تجارية تقيس الاستجابة الأولية لخلية الإشريكية القولونية للتلف الجيني، وقد تكون هذه المجموعات مُرتبطة ارتباطًا وثيقًا باختبار أميس لبعض المواد. [ 15 ]

البكتيريا الزرقاء

تُعدّ البكتيريا الزرقاء ، وهي الكائنات بدائية النواة الوحيدة القادرة على إنتاج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي ، من أهم مصادر الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض. [ 16 ] ويبدو أن البكتيريا الزرقاء البحرية، مثل بروكلوروكوكس وسينيكوكوكس ، تمتلك نظام SOS مشابهًا لنظام الإشريكية القولونية لإصلاح الحمض النووي، إذ أنها تُشفّر جينات متماثلة مع جينات SOS الرئيسية في الإشريكية القولونية، مثل lexA و sulA . [ 17 ]

صور إضافية

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ليتل، جون دبليو؛ ماونت، ديفيد دبليو (مايو 1982). "نظام تنظيم SOS في الإشريكية القولونية ". الخلية . 29 (1): 11-22 . doi : 10.1016 / 0092-8674(82)90085-X . PMID 7049397. S2CID 12476812 .  
  2. ↑ ميشيل، بينيديكت (12 يوليو 2005). " بعد 30 عامًا من الدراسة، لا تزال استجابة SOS البكتيرية تثير دهشتنا" . PLOS Biology . 3 (7) e255. doi : 10.1371/journal.pbio.0030255 . PMC 1174825. PMID 16000023 .  
  3. 1 2 فيتزجيرالد، ديفون م.؛ هاستينغز، بي جيه؛ روزنبرغ، سوزان م. (6 مارس 2017). "الطفرات الناتجة عن الإجهاد: آثارها في السرطان ومقاومة الأدوية" . المراجعة السنوية لبيولوجيا السرطان . 1 (1): 119-140 . doi : 10.1146/annurev-cancerbio-050216-121919 . PMC 5794033. PMID 29399660 .  
  4. ↑ ويتكين، إيفلين م. (مايو 1967). "حساسية الإشريكية القولونية ب للإشعاع: فرضية تربط بين تكوين الخيوط وتحفيز الطليعة الفيروسية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 57 (5): 1275-1279 . Bibcode : 1967PNAS...57.1275W . doi : 10.1073/pnas.57.5.1275 . PMC 224468. PMID 5341236 .  
  5. ↑ ويتكين، إيفلين م. (1976). "الطفرات الناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية وإصلاح الحمض النووي القابل للتحفيز في الإشريكية القولونية " . مراجعات علم البكتيريا . 40 (4): 869-907 . doi : 10.1128/MMBR.40.4.869-907.1976 . PMC 413988. PMID 795416 .  
  6. ↑ رادمان، ميروسلاف (1975). "فرضية إصلاح SOS: ظواهر إصلاح الحمض النووي القابل للتحفيز المصحوب بالطفرات". الآليات الجزيئية لإصلاح الحمض النووي . العلوم الحياتية الأساسية. المجلد 5أ. الصفحات 355-367 . doi : 10.1007/978-1-4684-2895-7_48 . ISBN   978-1-4684-2897-1PMID 1103845​​ 
  7. ماسلوفسكا ، كاتارزينا هـ.؛ ماكيلا-دزبينسكا، كارولينا؛ فيالكوفسكا، إيونا ج. (مايو 2019). " نظام SOS: استجابة معقدة ومنظمة بإحكام لتلف الحمض النووي" . الطفرات البيئية والجزيئية . 60 ( 4 ): 368-384 . Bibcode : 2019EnvMM..60..368M . doi : 10.1002 / em.22267 . PMC 6590174. PMID 30447030 .  
  8. ↑ لينينجر، ألبرت ل.؛ نيلسون، ديفيد لي؛ كوكس، مايكل م. (2005). مبادئ لينينجر في الكيمياء الحيوية (الطبعة الرابعة ). نيويورك: دبليو إتش فريمان. ص 1098. ISBN   978-0-7167-4339-2. OCLC 55476414 . 
  9. ↑ https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003557
  10. 1 2 سيرز، رايان ت؛ تشين، جودي ك؛ أنديس، ديفيد ر؛ دي كريسي-لاغارد، فاليري؛ كريغ، ويليام أ؛ رومسبيرغ، فلويد إي (10 مايو 2005). "تثبيط الطفرات ومكافحة تطور مقاومة المضادات الحيوية" . مجلة PLoS Biology . 3 (6). doi : 10.1371/journal.pbio.0030176 . PMC 1088971. PMID 15869329 .  
  11. ↑ ياسزتشور، مالغورزاتا؛ بيرترام، جيفري ج.؛ روبنسون، أندرو؛ فان أويجن، أنطوان م.؛ وودجيت، روجر؛ كوكس، مايكل م.؛ غودمان، مايرون ف. (26 أبريل 2016). "طفرات للأسوأ أو للأفضل: تخليق الحمض النووي منخفض الدقة بواسطة بوليميراز الحمض النووي SOS V هو سلاح ذو حدين يخضع لتنظيم دقيق" . الكيمياء الحيوية . 55 (16): 2309-2318 . doi : 10.1021/acs.biochem.6b00117 . PMC 4846499. PMID 27043933 .  
  12. ↑ لي، أندرو م.؛ روس، كريستيان ت.؛ زينغ، بو-بينغ؛ سينغلتون، سكوت ف. (يوليو 2005). "هدف جزيئي لكبح تطور مقاومة المضادات الحيوية: تثبيط بروتين RecA في الإشريكية القولونية بواسطة N6-(1-نفثيل)-ADP". مجلة الكيمياء الطبية . 48 (17): 5408-5411 . doi : 10.1021/jm050113z . PMID 16107138 . 
  13. ↑ دور، ت؛ فوليتش، م؛ لويس، ك (فبراير 2010). "يُسبب السيبروفلوكساسين تكوين الخلايا المُستديمة عن طريق تحفيز سم TisB في الإشريكية القولونية " . مجلة PLOS Biology . 8 (2) e1000317. doi : 10.1371/journal.pbio.1000317 . PMC 2826370. PMID 20186264 .  
  14. ↑ كويلارديه، فيليب؛ هوفنغ، موريس (أكتوبر 1993). "اختبار كروموسوم SOS: مراجعة". بحوث الطفرات/مراجعات في علم السموم الوراثية . 297 (3): 235-279 . doi : 10.1016/0165-1110(93)90019-J . PMID 7692273 . 
  15. ↑ كويلارديه، فيليب؛ دي بيلكومب، كريستين؛ هوفنغ، موريس (يونيو 1985). "اختبار SOS Chromotest، وهو اختبار بكتيري لوني للكشف عن السموم الجينية: دراسة تحقق باستخدام 83 مركباً". مجلة أبحاث الطفرات/الطفرات البيئية والمواضيع ذات الصلة . 147 (3): 79-95 . doi : 10.1016/0165-1161(85)90021-4 . PMID 3923333 . 
  16. ↑ هاميلتون، ترينيتي ل.؛ براينت، دونالد أ.؛ ماكالادي، جينيفر ل. (فبراير 2016). "دور علم الأحياء في تطور الكواكب: الإنتاج الأولي للبكتيريا الزرقاء في محيطات حقبة البروتيروزويك منخفضة الأكسجين" . علم الأحياء الدقيقة البيئية . 18 (2): 325-340 . Bibcode : 2016EnvMi..18..325H . doi : 10.1111/1462-2920.13118 . PMC 5019231. PMID 26549614 .  
  17. ↑ كاسير-شوفات، كورين؛ فودور، ثيو؛ شوفات، فرانك (9 نوفمبر 2016). "علم الجينوم المقارن لإعادة تركيب الحمض النووي وإصلاحه في البكتيريا الزرقاء: الآثار البيوتكنولوجية" . مجلة فرونتيرز في علم الأحياء الدقيقة . 7 : 1809. doi : 10.3389/fmicb.2016.01809 . PMC 5101192. PMID 27881980 .