Previously in our group, it was found that an acidic pH shock enhanced the production and secretion of secondary metabolites, especially actinorhodin, and activated genes for its biosysthesis in Streptomyces coelicolor A3(2). In S. coelicolor, two-component systems serve as basic stimulus-response coupling mechanism to allow the microorganism to sense and respond to changes in many different environmental conditions. In this study, transcriptional analyses by using reverse transcription-polymerase chain reaction (PCR), DNA chip, and quantitative real time-PCR were performed to investigate effects of acidic pH shock on 9 two-component systems in S. coelicolor A3(2). Two-component systems of cseC/cseB and vanS/vanR, known to be closely linked with self-protection against cell wall hydrolysis caused by external stimuli were upregulated by the pH shock. Two-component systems of afsQ2/afsQ1, ecrA2/ecrA1, ramC/ramR, ragK/ragR, chiS/chiR, and bldM, known to be positively associated with the initiation of secondary metabolism were also upregulated by the pH shock. Two-component system of cutS/cutR known to be negatively related to the secondary metabolism was, however, slightly downregulated. These results imply that the acidic pH shock induces the enhancement of the production and secretion of secondary metabolites like actinorhodin, probably by activating two-component systems associated with secondary metabolism and the integrity of cell wall.
세균은 환경의 변화를 인지하여 적절한 반응을 유도하는 신호전달체계를 가지고 있다. 이러한 신호전달체계는 세균이 다양한 환경 속에서 살아가기 위해 중요한 역할을 한다. Streptomyces에 산충격을 가하면 이차대사산물의 생산성 증진, 주요 대사과정들의 활성화 등과 같은 다양한 변화를 일으킨다. Streptomyces의 신호전달체계 중 하나인 two-component system은 이러한 외부의 충격에 반응하여 다양한 반응을 유도하는 매개체 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 two-component system은 대부분 histidine kinase와 그와 짝을 이루는 response regulator로 구성되어 있다. 환경 내의 환경 변화를 histidine kinase가 인지를 하면 histidine kinase의 kinase/phosphatase 활성이 변화하여 response regulator의 인산화 상태가 변하게 되고 이를 통하여 response regulator에 의하여 조절되는 목표 유전자의 발현이 조절되게 한다. 그리하여 본 연구에서는 산충격이 Streptomyce coelicolor A3(2)의 two-component systems에 미치는 영향에 대해 알아보고자 RT-PCR, real time PCR, DNA chip을 이용하여 연관된 유전자의 발현양상을 분석하였다.
S. coelicolor A3(2)에서 two-component systems에 관련된 유전자는 약 72개이지만 그 중에 연구가 된 것은 약 17개 정도이다. 유전자의 역할을 알아야 산충격의 효과를 논할 수 있기 때문에 이 17개 유전자를 선별하여 집중적으로 분석하였다. 실험결과, 분석한 유전자들의 발현양상이 모두 산충격의 영향을 받는 것으로 나타났다. 외부의 자극으로부터 세포벽의 합성과 보전에 관여하는 cseC/cseB과 vanS/vanR two-component systems의 경우 산충격에 의해 발현이 증진되었다. 이 결과는 산충격이 세포벽의 상태를 변화시키는데 영향을 미칠 수 있다고 볼 수 있다. 산충격은 Streptomyce coelicolor의 형태분화와 연관된 two-component systems인 ecrA2/ecrA1, ramC/ramR, ragK/ragR, bldM의 발현을 향상시켰다. Streptomyces spp.의 형태분화는 대사흐름과 밀접한 연관이 있는 것으로 알려져 있다. 또한 세포 내에 당이 부족할 때 활성화되는 chiS/chiR two-component system의 발현이 증진되었다. 이 외에도 Streptomyce coelicolor의 이차대사산물인 undecylprodigiosin 생합성과 연관된 ecrA2/ecrA1 two-component system 발현은 향상되었고 이차대사과정을 억제하는 cutS/cutR two-component system의 경우 발현이 감소되었다. 이러한 결과는 산충격이 Streptomyce coelicolor의 이차대사를 활성화시키는데 긍정적인 영향을 미친다고 볼 수 있다. 이러한 결과들을 종합하여 보면, 산충격은 Streptomyce coelicolor A3(2)의 이차대사와 세포벽 보전에 관여하는 two-component system을 활성화시켜 궁극적으로 이차대사산물의 생산성과 분비를 향상시키는데 영향을 미칠 가능성이 있다고 사료된다.
