Noncoding RNA, an RNA that is not encoded by a protein, is involved in various intracellular metabolic processes. Some of them help cells adapt to environmental stress. Noncoding RNAs of E. coli are short, often referred to as small RNAs, and many studies have shown that small RNAs are involved in the process of adapting to environmental stress in E. coli as well. Among the environmental stresses that small RNAs affect, a recent study has shown that small RNAs also affect antibiotic stress. The ongoing use of antibiotics has led to the emergence of several antibiotic-resistant strains, reducing the number of antibiotics that can be used. The World Health Organization and the Centers for Disease Control and continue to investigate the status of antibiotic-resistant bacteria worldwide and classify antibiotic resistance as a major threat to public health. To address the problem of antibiotic resistance, it is important to find out which small RNA of E. coli affects antibiotic resistance and to determine which target gene is responsible for antibiotic resistance.
In this study, we investigated which small RNA changes the antibiotic resistance of E. coli. ArcZ and CyaR seem to be the small RNAs altering antibiotic resistance, were found through different methods. ArcZ small RNA was expected to modulate antibiotic resistance by modulating the expression of the mdtE efflux pump gene. Although regulating the expression of the mdtE gene has been shown in some cases, it has not actually changed the resistance to erythromycin. In contrast, CyaR small RNAs altered resistance to fosfomycin and confirmed that the phenomenon occurred through the yebO gene. The expression of yebO gene was regulated by the presence or absence of CyaR small RNA. CyaR small RNA mutants were constructed and it was confirmed that the 44th nucleotide sequence of CyaR small RNA was important for the expression of yebO gene.
단백질로 코딩되지 않는 RNA인 비코딩 RNA는 다양한 세포내 대사과정에 관여한다. 그 중 일부는 세포가 환경적 스트레스에 적응할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 대장균의 비코딩 RNA는 길이가 짧아 종종 작은 RNA로 지칭되며, 많은 연구를 통해 작은 RNA가 대장균에서도 환경적 스트레스에 적응하는 과정에 관여하는 바가 알려졌다. 작은 RNA가 영향을 미치는 여러 환경적 스트레스 중 최근 연구되는 것은 항생제에 의한 스트레스이다. 지속적인 항생제의 과다사용으로 인해 여러 항생제 내성균들이 나타나면서 사용할 수 있는 항생제의 숫자가 줄어들고 있다. 국제 보건 기구와 질병 통제 센터 등에서는 세계 각국의 항생제 내성균 현황을 지속적으로 조사 하고 있고, 항생제 내성을 공중 보건 안건 중 큰 위협이 되는 안건으로 분류하고 있다. 항생제 내성 문제를 해결하기 위해서는 어떤 대장균의 작은 RNA가 항생제 내성에 영향을 주는지 찾아내고 어떤 목표 유전자를 통해 항생제 내성을 유발시키는지 알아내는 것이 중요하다.
이 연구를 통해 어떤 작은 RNA가 대장균의 항생제 내성을 변화시키는지를 찾아보았다. ArcZ와 CyaR은 각기 다른 방법을 통해 찾아진 항생제 내성에 영향을 미칠 것으로 생각되는 작은 RNA들이다. ArcZ 작은 RNA는 mdtE 항생제 배출 펌프 유전자의 발현을 조절하여 항생제 내성을 조절할 것으로 예상되었다. mdtE 유전자의 발현을 조절하는 바는 일부 보여주었지만 실제로 에리 트로마이신에 대한 저항성을 변화시키지는 못하였다. 이와 반대로 CyaR 작은 RNA는 포스포마이 신에 대한 저항성을 변화시키고, 그 현상이 yebO 유전자를 통해 일어나는 것을 확인하였다. yebO 유전자의 발현은 CyaR 작은 RNA의 유무에 따라 조절되는 현상을 관찰하였다. CyaR 작은 RNA의 돌여변이들을 제작하여 CyaR 작은 RNA의 44번째 염기서열이 yebO 유전자의 발현에 중요하다는 것을 확인하였다.
