Streptomyces sporulation - Genes and regulators involved in bacterial cell differentiation

Abstract: Popular Abstract in Swedish Det finns många skäl till varför streptomyceter är en intressant grupp av bakterier att undersöka. Den här avhandlingen fokuserar på celldifferentieringen hos dessa organismer och deras förmåga att bilda en specialiserad typ av tåliga celler som kallas sporer. Genom att studera sporuleringsprocessen hos dessa bakterier kan man lära sig mycket om fundamentala livsprocesser som celldelning, nedärvning av kromosomer, syntes av cellvägg och cellform. Kunskapen om hur dessa cellbiologiska processer är reglerade på molekylär väg i den prokaryota cellen är begränsad och det är av stor vikt att reda ut de bakomliggande mekanismerna, dels av grundvetenskapliga skäl men också för att streptomyceterna har en stor betydelse inom områden som medicin och industri. Tillsammans producerar de en mängd olika antibiotika och används i läkemedelsindustrin för att producera dessa i stor skala. Kunskaper om biologin hos dessa bakterier och hur de reglerar tillväxt och celldelning kan vara till stor nytta för att framställa stammar lämpliga att odla i storskaliga kulturer och som ger ett högt utbyte av antibiotikum. Ett annat skäl att klargöra hur Streptomyces reglerar fundamentala livsprocesser är behovet av antimikrobiella läkemedel mot närbesläktade bakterier som Mycobacterium tuberculosis, bakterien som orsakar tuberkulos. Att förstå molekylära mekanismer bakom processer i bakteriecellen medför att läkemedel som blockerar livsviktiga funktioner kan utvecklas för att bekämpa dessa farliga patogener. Min avhandling har klargjort några centrala delar av celldifferentieringsprocessen hos streptomyceter. Sporuleringen innebär att långa trådlika celler omvandlas till en kedja av runda sporer, och omfattas av förändringar i celldelning, kromosomdistribution och i tillväxten av cellvägg som i sin tur leder till en förändrad cellform. Syftet med denna avhandling var att hitta gener och mekanismer som reglerar dessa biologiska processer i bakteriecellen. Tidigare var bara att fåtal gener kända som krävs för sporbildning, där ibland ett antal regulatoriska proteiner. Streptomyces coelicolor har använts som modellorganism för att undersöka funktionen av en tidigare känd regulator, WhiH, som krävs för celldelning under sporuleringen. Jag har fastställt att WhiH fungerar som en transkriptionsfaktor och kan binda till DNA. WhiH binder till ett specifikt ställe i sin egen promoter och påverkar dess aktivitet på ett ännu okänt sätt. Genen som kodar för WhiH är specifikt aktiv i de celler som omvandlas till sporer vilket styrker rollen som sporuleringregulator. Nya gener har identifierats som tidigare inte var kända för att påverka sporulering i S. coelicolor. Karakterisering av några av dessa visar att de har intressanta funktioner som påverkar spormognad, kromosomstruktur och celldelning. En ny modellorganism för actinomyceter, S. venezuelae har använts i ett avslutande projekt. Denna organism har några egenskaper som gör den mycket lämplig för storskaliga metoder som t.ex. transkriptionsanalys med DNA mikroarrayer. Med hjälp av detta system har gener som regleras av WhiH hittats. Fortsatta undersökningar av deras funktion och reglering kommer att ge spännande och viktiga insikter i streptomyceters cell och utvecklingsbiologi.