파지 관련 유전자의 발현 증가에 의해 매개되는 Pseudomonas aeruginosa의 CRISPR 의존적, 생물막 특이적 사멸

UNLABELLED: CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeat)/CRISPR-associated (CRISPR/Cas) 시스템은 많은 고균과 세균에 존재하는 적응 면역계입니다. CRISPR/Cas 시스템은 매우 다양하며, 파지 면역과는 별개의 세포 기능에서 CRISPR/Cas 시스템이 역할을 한다는 증거가 늘어나고 있습니다. 이전에 본 연구실에서는 기회감염 병원체인 Pseudomonas aeruginosa 균주 UCBPP-PA14(P. aeruginosa PA14로 약칭)의 type 1-F CRISPR/Cas 시스템이 박테리오파지 DMS3에 의해 용원화될 때 생물막 형성 및 군집 운동성(swarming motility)을 모두 억제하는 이러한 대체 기능 중 하나를 보고한 바 있습니다. 본 연구에서는 P. aeruginosa 게놈에 DMS3 원시스페이서(protospacer)와 원시스페이서 인접 모티프(PAM)의 존재만으로도 이러한 집단 행동의 CRISPR 의존적 상실에 필요충분하며, 추가적인 DMS3 서열은 필요하지 않음을 입증했습니다. 또한 우리는 CRISPR 시스템과 DMS3 원시스페이서의 상호작용이 뉴클레아제 Cas3의 활성과 그에 따른 RecA 활성화를 통해 잘 알려진 pyocin 오페론을 포함한 SOS 조절 파지 관련 유전자의 발현을 유도한다는 것을 입증했습니다. 나아가, 본 연구 데이터는 CRISPR 결합 균주가 파지 관련 유전자 발현을 하향 조절하지 못함으로 인해 파지 관련 유전자의 발현이 표면에서 세균 세포 사멸을 초래하는 반면, 이러한 파지 관련 유전자는 부유(planktonic) 상태에서의 성장 및 생존력에는 최소한의 영향만을 미친다는 것을 시사합니다. 파지 관련 유전자를 결손시키면 기능적인 CRISPR/Cas 시스템을 유지하면서도 생물막 형성과 군집 운동성이 회복되었으며, 이는 이러한 집단 행동의 상실이 CRISPR 자가 표적화의 간접적인 효과임을 보여줍니다. IMPORTANCE: 고균과 세균 모두에서 발견되는 다양한 CRISPR/Cas 시스템은 매우 다양하며, 이러한 다양한 시스템의 복잡한 메커니즘을 이해하는 발전은 숙주-바이러스 상호작용에 대한 지식을 넓혔을 뿐만 아니라 유전 공학의 주요한 발전으로 이어졌습니다. 최근, 세균이 파지 감염에 대한 적응 면역 이외의 기능을 위해 CRISPR 시스템을 활용할 수 있다는 증거가 점차 늘어나고 있습니다. 본 연구는 이러한 대체 기능 중 하나를 조사했으며, 본 보고서는 의학적으로 중요한 기회감염 병원체인 Pseudomonas aeruginosa에서 생물막 및 군집 운동성의 type 1-F CRISPR 의존적 상실 메커니즘을 기술합니다. 생물막 형성과 군집 운동성은 모두 P. aeruginosa의 병원성에 중요하므로, CRISPR 시스템이 이러한 집단 행동을 어떻게 조절할 수 있는지 완전히 이해하는 것은 새로운 치료제를 개발하는 데 기초가 됩니다.