沙門氏菌是每年感染數(shù)百萬人的食源性病原體。這些細(xì)菌的感染依賴于一個(gè)復(fù)雜的基因網(wǎng)絡(luò)和基因產(chǎn)物，使它們能夠感知環(huán)境條件。在一篇新的論文中，伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員研究了小RNA如何幫助沙門氏菌表達(dá)其毒力基因。

在感染人類時(shí)，沙門氏菌首先會(huì)通過一種被稱為III型分泌系統(tǒng)的針狀結(jié)構(gòu)入侵腸道細(xì)胞。這種結(jié)構(gòu)將蛋白質(zhì)直接注入細(xì)胞，引發(fā)一系列變化，引起炎癥，并最終導(dǎo)致腹瀉。編碼這個(gè)系統(tǒng)的基因，以及入侵所需的其他基因，都位于一個(gè)名為沙門氏菌致病島1（SPI-1）的DNA區(qū)域。

這項(xiàng)研究的第一作者Sabrina Abdulla表示：“SPI-1需要得到很好的控制。如果無法產(chǎn)生III型分泌系統(tǒng)，沙門氏菌就不會(huì)引起感染，但如果針狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生得太多，沙門氏菌就會(huì)生病?！?/p>

因此，SPI-1受到嚴(yán)格的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制。首先，三個(gè)轉(zhuǎn)錄因子HilD、HilC和RtsA控制著自身和彼此的DNA表達(dá)。它們還激活了另一種轉(zhuǎn)錄因子HilA，后者激活其余的SPI-1基因。如果這還不夠復(fù)雜的話，SPI-1還需要感知各種環(huán)境線索，并調(diào)整其基因表達(dá)，以便感染宿主。

“我們很早就知道，有很多環(huán)境因素會(huì)影響沙門氏菌的基因調(diào)控。然而，我們不知道如何影響。從那時(shí)起，研究人員就開始關(guān)注小RNA，”Abdulla說。

小RNA（sRNA）決定了基因如何在細(xì)菌細(xì)胞中發(fā)揮功能。通常，這些分子要么與蛋白質(zhì)相互作用，要么與mRNA相互作用。因此，sRNA會(huì)影響多種細(xì)菌功能，包括毒力和對(duì)環(huán)境的反應(yīng)。

在這項(xiàng)研究中，他們深入分析了調(diào)控hilD mRNA的sRNA，具體來說是mRNA 3’ 非翻譯區(qū)上的一段序列，它不參與HilD蛋白的生產(chǎn)。在細(xì)菌中，3' UTR通常包含50-100個(gè)核苷酸。然而，hilD mRNA的3' UTR長達(dá)300個(gè)核苷酸。

“我們觀察到，在刪除3' UTR后，hilD基因的表達(dá)增加了60倍，”Abdulla說?！坝谑?，我們決定尋找可能與該區(qū)域相互作用的sRNA?！?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管Spot 42和SdsR這兩種sRNA都可以靶向3' UTR，但它們的作用區(qū)域不同?！斑@一結(jié)果表明，整個(gè)3’UTR對(duì)于調(diào)控都很重要，”Abdulla說?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)sRNA穩(wěn)定了hilD mRNA并保護(hù)其不被降解?！?/p>

研究人員還利用小鼠觀察了Spot 42和SdsR是否會(huì)影響沙門氏菌的感染。他們開展了小鼠競爭實(shí)驗(yàn)，引入缺乏sRNA的突變細(xì)菌和含有sRNA的正常細(xì)菌，觀察哪些菌株能存活下來并引起感染?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，當(dāng)sRNA被刪除時(shí)，細(xì)菌無法在宿主中生存。我們還表明，sRNA在幫助SPI-1入侵宿主細(xì)胞方面發(fā)揮了作用，”Abdulla說。

“現(xiàn)在我們知道sRNA在控制SPI-1方面發(fā)揮著重要作用，但我們還想從兩個(gè)方向擴(kuò)展我們的研究。我們想了解在分子水平上，sRNA如何影響hilD的mRNA水平。我們還想更好地了解sRNA如何調(diào)控其他重要的SPI-1基因的表達(dá)，”通訊作者、微生物學(xué)教授Cari Vanderpool說。

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Small RNAs Activate Salmonella Pathogenicity Island 1 by Modulating mRNA Stability through the hilD mRNA 3′ Untranslated Region