Холестерин не є основним джерелом харчування для мікобактерій туберкульозу під час зараження

АНОТАЦІЯ

Rv1106c (hsd; 3β-гідроксистероїддегідрогеназа) потрібна Mycobacterium tuberculosis для росту на холестерині як єдиному джерелі вуглецю, тоді як Rv3409c - ні. Мутація Rv1106c не зменшує ріст Mycobacterium tuberculosis у заражених макрофагах або морських свинках. Ми прийшли до висновку, що холестерин не є необхідним джерелом харчування під час зараження.

основним

Mycobacterium tuberculosis є нокардіоформним актиноміцетом і є факультативною внутрішньоклітинною бактерією, яка зазвичай інфікує макрофаг хазяїна. М. tuberculosis співіснував з людьми і зберігається, незважаючи на дії імунної системи. Виживання M. tuberculosis вимагає адаптації до мікросередовища хазяїна (14). У внутрішньоклітинному середовищі М. tuberculosis переходить від вуглеводного до метаболізму на основі жирних кислот (3, 15, 21), а в культурі М. tuberculosis буде рости на холестерині як єдиному джерелі вуглецю (18). Однією з ролей холестерину у внутрішньоклітинному середовищі може бути джерело вуглецю, наприклад, катаболізм до ацетату та пропіонату (5, 24, 25). Крім того, холестерин може служити будівельним матеріалом для складних структур, наприклад, ліпідів та гормонів через анаболізм.

За допомогою транскрипційного профілювання (16, 24), біоінформаційного аналізу та метаболічного аналізу інших актиноміцетів (9) було окреслено частковий метаболічний шлях метаболізму холестерину при М. tuberculosis. Першим кроком є ​​перетворення холестерину в холест-4-ен-3-он (17) (рис. 1). У Streptomyces spp. та Rhodococcus equi, цей етап каталізується оксидазами холестерину, які мають 60% амінокислотної ідентичності та мають структури та механізми, які є майже однаковими (13, 20). Найближчий гомолог M. tuberculosis, Rv3409c, має лише 24% амінокислотної ідентичності з добре охарактеризованими холестериновими оксидазами з Streptomyces та Rhodococcus. Хоча, як повідомлялося, клітинні лізати Mycobacterium smegmatis, які надмірно експресують Rv3409c, містять активність холестериноксидази, характеристика очищеного ферменту не повідомляється (4).

Реакція, що каталізується 3β-гідроксистероїддегідрогеназою M. tuberculosis (HSD).

Nocardia spp. (10, 12), протеобактерії (7) та, швидше за все, Rhodococcus jostii (19) використовують 3β-гідроксистероїддегідрогеназу для каталізації перетворення холестерину в холест-4-ен-3-он. У M. tuberculosis Rv1106c (hsd) є найближчим гомологом (75% ідентичності ферменту Нокардії, UniProtKB ID Q03704). Справді, у попередніх роботах ми продемонстрували, що Rv1106c кодує функціональну 3β-гідроксистероїддегідрогеназу (HSD), яка може використовувати холестерин, прегненолон та дегідроепіандостерон як субстрати (26). Тут ми досліджуємо важливість цих генів для росту M. tuberculosis in vitro та in vivo.

Спочатку ми перевірили, чи потрібен ріст in vitro з використанням холестерину як джерела вуглецю або Rv3409c, або hsd. (Детальні експериментальні протоколи можна знайти в додатковому матеріалі.) Ми виявили, що hsd необхідний для росту холестерину як єдиного джерела вуглецю в бульйонній культурі, тоді як мутант Rv3409c ріс так само, як і дикий тип (рис. 2). Для подальшого підтвердження несуттєвості Rv3409c для росту на холестерині ми протестували мутант транспозону M. smegmatis Rv3409c (myc11) (22) на ріст холестерину як єдиного джерела вуглецю на агарових пластинах. Мутант myc11 утворював колонії так само легко, як штам дикого типу mc 2 155 (дані не наведені).

hsd, але не Rv3409c, необхідний для росту на рівні холестерину як єдиного джерела вуглецю. Штами вирощували в середовищі 7H9, що містить 1 мг мл -1 холестерину (у тилоксаполі) при 37 ° C. Дані представляють результати кожного експерименту у двох примірниках.

Комплементація hsd-мутанта геном дикого типу та 1000 основ перед відкритою рамкою зчитування (26) повністю відновила ріст холестерину (рис. 2). Усі штами нормально зростали у стандартному середовищі 7H9, доповненому гліцерином та 10% комплексом альбумін-декстроза-NaCl (ADN) (дані не наведені). Ми прийшли до висновку, що hsd, але не Rv3409c, необхідний для зростання рівня холестерину як єдиного джерела вуглецю.