窒素クロロシスからの休眠中のシアノバクテリウムの目覚めは、遺伝的に決定されたプログラムを明らかにします

静止状態から活性栄養状態への微生物細胞の移行に関与する分子および生理学的メカニズムは、微生物生態学から感染微生物学に至るまでの分野の問題を解決するために非常に関連しています。窒素を修正できないシアノバクテリアは、休眠状態のクロロティック細胞としての窒素飢vの長期にわたる期間を生存することができます。使用可能な窒素源が提供されると、これらの細胞は48時間以内に再飼育し、栄養成長に戻ります。ここでは、クロロティックシネコシスティスspの蘇生を調査しました。休眠菌の覚醒プロセスを理解することを目的として、生理学的および分子レベルでのPCC 6803細胞。硝酸塩の添加のほぼすぐに、細胞は高度に組織化された蘇生プログラムを開始しました。第1段階では、残留光合成活動と活性化呼吸を抑制して、グリコーゲン異化からエネルギーを獲得しました。同時に、彼らは翻訳装置全体、ATP合成、および硝酸塩同化を復元しました。わずか12〜16時間後、細胞は光合成装置の合成を再活性化し、光合成に向けて代謝再配線の準備をしました。細胞が約48時間後に完全な光合成能力に達すると、細胞分裂を再開し、栄養細胞周期に入りました。蘇生プロセス中の転写ダイナミクスの分析により、観察された生理学的プロセスと完全に一致することが明らかになり、非コーディングRNAが目覚めの細胞のライフスタイルスイッチ中に主要な調節役割を果たしていることが示唆されました。この遺伝的にエンコードされたプログラムは、窒素の飢vが再発する成長制限を課す生息地の急速な植民地化を保証します。

The molecular and physiological mechanisms involved in the transition of microbial cells from a resting state to the active vegetative state are critically relevant for solving problems in fields ranging from microbial ecology to infection microbiology. Cyanobacteria that cannot fix nitrogen are able to survive prolonged periods of nitrogen starvation as chlorotic cells in a dormant state. When provided with a usable nitrogen source, these cells re-green within 48 hr and return to vegetative growth. Here we investigated the resuscitation of chlorotic Synechocystis sp. PCC 6803 cells at the physiological and molecular levels with the aim of understanding the awakening process of a dormant bacterium. Almost immediately upon nitrate addition, the cells initiated a highly organized resuscitation program. In the first phase, they suppressed any residual photosynthetic activity and activated respiration to gain energy from glycogen catabolism. Concomitantly, they restored the entire translational apparatus, ATP synthesis, and nitrate assimilation. After only 12-16 hr, the cells re-activated the synthesis of the photosynthetic apparatus and prepared for metabolic re-wiring toward photosynthesis. When the cells reached full photosynthetic capacity after ∼48 hr, they resumed cell division and entered the vegetative cell cycle. An analysis of the transcriptional dynamics during the resuscitation process revealed a perfect match to the observed physiological processes, and it suggested that non-coding RNAs play a major regulatory role during the lifestyle switch in awakening cells. This genetically encoded program ensures rapid colonization of habitats in which nitrogen starvation imposes a recurring growth limitation.