Mycobacterium smegmatis -Mycobacterium smegmatis
| Mycobacterium smegmatis | |
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| Wissenschaftliche Klassifikation | |
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| Stamm: |
" Aktinobakterien "
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M. smegmatis
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| Binomialer Name | |
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Mycobacterium smegmatis (Trevisan 1889)
Lehmann & Neumann 1899 |
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Mycobacterium smegmatis ist eine säurefeste Bakterienart aus dem Stamm der Actinobakterien und der Gattung Mycobacterium . Es ist 3,0 bis 5,0 µm lang, hat eine Bazillusform und kann mit der Ziehl-Neelsen-Methode und der Auramin-Rhodamin-Fluoreszenzmethode gefärbt werden. Es wurde erstmals im November 1884 von Lustgarten berichtet, derin syphilitischen Schankern einen Bazillus mit dem färbenden Aussehen von Tuberkelbazillen fand . Im Anschluss daran Alvarez und Tavel gefunden Organismen ähnlich den von Lustgarten auch in normalen beschriebenen Genitalsekreten ( Smegma ). Dieser Organismus wurde später M. smegmatis genannt .
Einige Arten der Gattung Mycobacterium wurden kürzlich in Mycolicibacterium umbenannt , so dass M. smegmatis jetzt Mycolicibacterium smegmatis ist .
Virulenz
M. smegmatis wird allgemein als nicht-pathogener Mikroorganismus angesehen; In einigen sehr seltenen Fällen kann es jedoch zu Krankheiten kommen.
Verwendung in der Forschung
M. smegmatis ist für die Forschungsanalyse anderer Mykobakterien- Spezies in Laborexperimenten nützlich . M. smegmatis wird häufig bei der Arbeit an der Gattung Mycobacterium verwendet, da es "schnell wachsend" und nicht pathogen ist. M. smegmatis ist ein einfaches Modell, das leicht zu verarbeiten ist, dh mit einer schnellen Verdopplungszeit und nur ein Labor der Biosicherheitsstufe 1 erfordert . Die Zeit und die umfangreiche Infrastruktur, die für die Arbeit mit pathogenen Arten erforderlich waren, veranlassten die Forscher, M. smegmatis als Modell für mykobakterielle Arten zu verwenden.
M. smegmatis und M. tuberculosis und teilen die gleiche eigentümliche Zellwandstruktur wie M. tuberculosis und andere mykobakterielle Spezies. Es ist auch in der Lage, Kohlenmonoxid aerob zu oxidieren, ebenso wie M. tuberculosis.
M. smegmatis ist in den meisten synthetischen oder komplexen Labormedien leicht kultivierbar, wo er in 3–5 Tagen sichtbare Kolonien bilden kann. Diese Eigenschaften machen es zu einem sehr attraktiven Modellorganismus für M. tuberculosis und andere mykobakterielle Pathogene. M. smegmatis mc 2 155 wird auch zur Kultivierung von Mykobakteriophagen verwendet .
Genetik und Genomik
Die Genome mehrerer Stämme von M. smegmatis wurden von TIGR und anderen Laboratorien sequenziert , einschließlich des "Wildtyps" (mc 2 155) und einiger antibiotikaresistenter Stämme (4XR1/R2). Das Genom des Stammes mc 2 155 ist ~6,9 Mbp lang und kodiert ~6400 Proteine, was für Bakterien relativ groß ist (zum Vergleich: Das Genom von E. coli kodiert etwa 4000 Proteine).
Diese Art teilt mehr als 2000 homologe Gene mit M. tuberculosis und ist somit ein guter Modellorganismus, um Mykobakterien im Allgemeinen und die hochpathogene M. tuberculosis im Besonderen zu untersuchen .
Die Entdeckung von Plasmiden , Phagen und mobilen genetischen Elementen hat die Konstruktion spezieller Gen-Inaktivierungs- und Gen-Reporter-Systeme ermöglicht. Der Stamm M. smegmatis mc 2 155 ist hypertransformierbar und ist heute das Arbeitspferd der mykobakteriellen Genetik.
Transformation
Transformation ist ein Prozess, bei dem eine Bakterienzelle DNA aufnimmt, die von einer anderen Zelle in das umgebende Medium freigesetzt wurde, und diese DNA dann durch homologe Rekombination in ihr eigenes Genom einbaut (siehe Transformation (Genetik) ). M. smegmatis- Stämme , die über eine besonders effiziente DNA-Reparaturmaschinerie verfügen, was sich in ihrer größeren Resistenz gegenüber den DNA-schädigenden Wirkungen von Agenzien wie UV und Mitomycin C zeigt, erwiesen sich als am fähigsten zur Transformation. Dies legt nahe, dass die Transformation in M. smegmatis ein DNA-Reparaturprozess ist, vermutlich ein rekombinatorischer Reparaturprozess, wie es bei anderen Bakterienarten der Fall ist.
Konjugation
Der konjugale DNA-Transfer in M. smegmatis erfordert einen stabilen und ausgedehnten Kontakt zwischen einem Spender- und einem Empfängerstamm, ist DNase-resistent und die übertragene DNA wird durch homologe Rekombination in das Chromosom des Empfängers eingebaut. Im Gegensatz zu dem wohlbekannten E. coli Hfr-Konjugationssystem werden bei M. smegmatis jedoch alle Regionen des Chromosoms mit vergleichbarer Effizienz übertragen und die mykobakterielle Konjugation basiert auf Chromosomen und nicht auf Plasmiden. Grauet al. berichteten über eine wesentliche Vermischung der elterlichen Genome infolge der Konjugation und bezeichneten diese Vermischung als eine Erinnerung an die, die in den meiotischen Produkten der sexuellen Fortpflanzung beobachtet wurde (siehe Ursprung der sexuellen Fortpflanzung ).
DNA-Reparatur
M. smegmatis beruht auf DNA-Reparaturwegen, um DNA-Schäden zu widerstehen. Doppelstrangbrüche bedrohen besonders die Lebensfähigkeit von Bakterien. M. smegmatis hat drei Möglichkeiten, Doppelstrangbrüche zu reparieren; homologe Rekombination (HR), nicht-homologe Endverbindung (NHEJ) und Einzelstrang-Annealing (SSA) . Der HR-Weg von M. smegmatis ist der wichtigste Faktor für die Resistenz gegenüber ionisierender Strahlung und oxidativen DNA-Schäden. Dieser Weg beinhaltet den Austausch von Informationen zwischen einem beschädigten Chromosom und einem anderen homologen Chromosom in derselben Zelle. Es hängt von dem RecA-Protein ab, das den Strangaustausch katalysiert, und dem ADN-Protein, das als präsynaptische Nuklease fungiert. Die HR ist ein genauer Reparaturprozess und der bevorzugte Weg während des logarithmischen Wachstums.
Der NHEJ-Weg zur Reparatur von Doppelstrangbrüchen beinhaltet das Wiederverbinden der gebrochenen Enden. Es hängt nicht von einem zweiten homologen Chromosom ab. Dieser Weg erfordert das Ku-Protein und eine spezialisierte polyfunktionelle ATP-abhängige DNA-Ligase (Ligase D). NHEJ ist effizient, aber ungenau. Die Versiegelung stumpfer DNA-Enden innerhalb einer funktionellen Gensequenz erfolgt mit einer Mutationshäufigkeit von etwa 50 %. NHEJ ist der bevorzugte Weg während der stationären Phase und schützt M. smegmatis vor den schädlichen Auswirkungen der Austrocknung.
SSA wird als Reparaturweg verwendet, wenn ein Doppelstrangbruch zwischen direkten Wiederholungssequenzen in der DNA auftritt. Die SSA beinhaltet Einzelstrangresektion, Annealing der Repeats, Lappenentfernung, Lückenfüllung und Ligatur. Bei M. smegmatis hängt der SSA-Weg von der RecBCD-Helikase-Nuklease ab.