Flagellin kölcsönbe

Újra flagellumfehérjékkel foglalkozunk, ezúttal az Escherichia coli és a Salmonella enterica baktériumok flagellin fehérjéit vesszük górcső alá.

Újra flagellumfehérjékkel foglalkozunk, ezúttal az Escherichia coli és a Salmonella enterica baktériumok flagellin fehérjéit vesszük górcső alá.

A flagellin fehérje (ünneplős nevén FliC) a flagellum szerkezeti eleme, magát a filamentumot építi fel, így a baktériumsejt felszínén található, az immunrendszer számára könnyen hozzáférhető. Az egyes baktériumtörzseket gyakran a flagellin fehérjéiken meglévő epitópok alapján csoportosítják a gyakorlatban, az alapján sorolva őket szerotípusokba, hogy az egyes leírt epitópokat felismerő ellenanyagok felismerik –e az éppen vizsgált baktériumtörzs flagellin fehérjéjét, más néven H antigénjét. Ennek köszönhetően e fehérjék változékonyságáról viszonylag sokat tudunk, a S. enterica esetén eddig 114 különböző flagellin fehérjét írtak le, míg az E. coli esetében csak 55 különböző H antigént találtak eddig.

Az S. enterica esetén leírtak egy jelenséget, amit flagelláris fázisvariációnak neveztek el, ezek a baktériumok nem egy, hanem két flagellint kódoló génnel rendelkeznek, az egyik a szokásos fliC gén, a másikat pedig egy fljB nevű gén. Azt figyelték meg, hogy egy sejt egyszerre csak az egyik gént fejezi ki, vagy az fliC vagy az fljB gén aktív, így egy sejt felszínén csak az egyik H antigén található meg, ám ha fenntartanak egy törzset, az egyik gént kifejező sejtek között kis gyakorisággal megjelennek a másik gént kifejező egyedek is.  A jelenség magyarázata ismert, az fljB géntől upstream irányban egy fordított ismétlődésekkel határolt egy kilobázisnyi DNS szakasz található, ez az fljB gén promóterét tartalmazza, valamint egy Hin nevű DNS invertáz enzimet kódoló gént, aminek a terméke egyszerűen úgy működik, hogy a H szakaszt időnként megfordítja a genomban, a két fordítottan ismétlődő szekvencia közt. Ha a H szakasz “bekapcsolt” orientációba kerül a genomban a DNS invertáz enzim működése nyomán, átíródik az fljB és fljA gén is, az FljA fehéjre gtáolja az fliC gén átírását, így a sejt felszínén csak az fljB gén által kódolt flagellin fehérje található meg. Ha a H szakasz a “kikapcsolt” orientációban található éppen a genomban, az fljB és fljA gén promótere távol kerül tőlük, a két gén nem íródik át, átíródik viszont az fliC gén, így a sejt felszínén csak az fliC gén által kódolt flagellin található.

Hogy miért is vázoltam ilyen részletesen ezt a rendszert annak bizony oka van, ugyanis a mai közlemény négy olyan E. coli törzsről szól, amiknek két flagellin génje van. A legtöbb E. coli törzs genomja csak egy flagellin gént tartalmaz, de azért akadnak kivételek.

Az első kettő, a Bi7327-41 és az E223-69. Ennek a két törzsnek az fliC génjén kívül egy-egy flagellin gént hordoz a genomja, sorrendben az flkA és az flmA nevűt. Ha egy gyors BLAST keresést végzünk, kiderül, hogy az FlkA –hoz és az FlmA –hoz leginkább hasonlító fehérje is egy-egy Salmonella flagellin fehérje, amelyekkel 62% -os és 67% -os homológiát mutatnak.  Ezek a törzsek nem mutatnak flagelláris fázisvariációt, csak egyetlen flagellin gént fejeznek ki, az flkA-t és az flmA –t, a saját fliC génjük néma, nem íródik át róla működőképes fehérjetermék. Ellenben az flkA és az flmA génnel együtt átíródik egy fljA –szerű gén, aminek a terméke pontosan úgy működik, mint a Salmonellában megismert FljA fehérje, gátolja az fliC gén átíródását, nem mellesleg 83% homológiát mutat vele. Ez az elrendezés erősen arra utal, hogy a két “idegen” flagellin gén valamilyen Salmonella törzsből került át a két E. coli törzs genomjába, ám csak a rendszer egy része jutott át, ugyanis nem található meg bennük a hin gén, és a H szakasz, így ez a rendszer állandóan a “bekapcsolt” állapotban rekedt, kifejeződik az “idegen” flagellin gén, az fliC gén pedig állandóan represszált állapotban rekedt, sohasem fejeződik ki. Ennek így sok értelme nincs, ez így egyszerűen egy evolúciós hordalék, ha megnézzük a két fliC gén szekvenciáját, azt látjuk, hogy a Bi7327-41 törzs fliC génje még egy működőképes flagellin fehérjét kódol, ám az E223-69 törzs fliC génjében egy ugráló genetikai elem ül, ha átíródna a gén, akkor sem képződne már róla működőképes fehérjetermék. Magyarán itt az eredeti flagellin gén eleve működésképtelen fehérjét kódol, de azért egy represszorfehérje is termelődik, ami a kifejeződését gátolja. Ennek a két törzsnek az esetében egy Salmonella eredetű flagellin fehérje váltotta le az ostort alkotó eredeti flagellin gént, de az eredeti még felismerhető, bár már inaktív mindkét szervezetben. Ez például válasz a “Mire jó fél ostor?” kérdésre is, itt egy szervezetben valahogyan működő rendszer egy része jutott át egy másik szervezetbe, ahol kicsit másképpen ugyan, de működik.

A közlemény még két törzset tárgyal (781-55 és E2987-73), a második flagellin gént mindkettőben fllA –nak nevezték el. Itt azonban az “idegen” flagellin gének mellett nincs ott az előbbi két törzsben megismert represszorfehérjét kódoló gén, sem a Salmonellában megismert H-szakasz.  Amikor homológiakereséseket végeztek, a két törzs “idegen” flagellin fehérjéje nem Salmonella fehérjékkel mutatott rokonságot, hanem más E. coli törzsek flagellin fehérjéivel (98,8% és 99,9%), azonban egymásra ennél jóval kevésbé hasonlítanak, így nyilván nem Salmonellából, hanem más E. coli törzsekből származnak. Ezek a törzsek is csak egyetlen flagellin fehérjét fejeznek ki, ebben a két esetben az eredeti fliC gén promóterében történtek mutációk, amelyek működésképtelenné tették a géneket. Ez a két fliC gén még működőképes fehérjéket kódol, ezt ki is próbálták. Ebben a két törzsben viszont két olyan esemény nyomai maradtak meg, amikor az egyik E. coli törzsből került át egy ostorfehérje egy másikba, majd az eredeti fliC gén inaktiválódott.

Mind a négy esetben végeredményben egy működő flagellin gén mellett a genomok egy flagellin pszeudogént is hordoznak, amely innentől minden szelekciós nyomás alól felszabadult, azaz szabadon változhat, mint látjuk a baktériumok egymás közt minden gond nélkül cserélgetik a flagellum génjeiket.

Tominaga A, Kutsukake K. (2007): Expressed and cryptic flagellin genes in the H44 and H55 type strains of Escherichia coli; Genes and genetic systems 82(1):1-8.

Sexcomb