redefining bacterial origins of replication as centralized information processors

إعادة تعريف أصول التضاعف البكتيرية بوصفها معالجات معلومات مركزية

Clicks: 214
ID: 233882
2015
Free PDF
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Steady

Ranked #793 of 875 articles by views in journal of magnetic resonance (san diego, calif : 1997)

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 875 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
In this review we stress the differences between eukaryotes and bacteria with respect to their different cell cycles, replication mechanisms and genome organizations. One of the most basic and underappreciated differences is that a bacterial chromosome uses only one ori while eukaryotic chromosome uses multiple oris. Consequently, eukaryotic oris work redundantly in a cell cycle divided into separate phases: First inactive replication proteins assemble on eukaryotic oris, and then they await conditions (in the separate S-phase) that activate only the ori-bound and pre-assembled replication proteins. S-phase activation (without re-assembly) ensures that a eukaryotic ori fires (starts replication) only once and that each chromosome consistently duplicates only once per cell cycle. This precise chromosome duplication does not require precise multiple ori firing in S-phase. The single bacterial ori has no such margin for error and a comparable imprecision is lethal. Single ori usage is not more primitive; it is a totally different strategy that distinguishes bacteria. We further argue that strong evolutionary pressures created more sophisticated single ori systems because bacteria experience extreme and rapidly changing conditions. A bacterial ori must rapidly receive and process much information in real-time and not just in cell cycle time. This redefinition of bacterial oris as centralized information processors makes at least two important predictions: First that bacterial oris use many and yet to be discovered control mechanisms and second that evolutionarily distinct bacteria will use many very distinct control mechanisms. We review recent literature that supports both predictions. We will highlight three key examples and describe how negative-feedback, phospho-relay and chromosome-partitioning systems act to regulate chromosome replication. We also suggest future studies and discuss using replication proteins as novel antibiotic targets.
نسلط الضوء في هذه المراجعة على الفروق بين حقيقيات النوى والبكتيريا فيما يتعلق باختلاف دورات الخلية، وآليات التضاعف، والتنظيم الجينومي لديهما. ويُعد أحد أكثر الفروق جوهرية وأقلها تقديرًا هو أن الكروموسوم البكتيري يعتمد على منشأ تضاعف (ori) واحد فقط، في حين يستخدم كروموسوم حقيقيات النوى مناشئ تضاعف متعددة (oris). ونتيجة لذلك، تعمل مناشئ التضاعف في حقيقيات النوى بوفور وظيفي (بصورة فائضة عن الحاجة) ضمن دورة خلية مقسمة إلى أطوار متباينة: أولاً، تتجمع بروتينات التضاعف غير النشطة على مناشئ تضاعف حقيقيات النوى، ثم تنتظر الظروف المواتية (في طور التصنيع المنفصل - طور S) التي تُنشّط فقط بروتينات التضاعف المرتبطة بمناشئ التضاعف والمُجمّعة مسبقًا. ويضمن التنشيط في الطور S (دون إعادة تجميع) إطلاق منشأ التضاعف في حقيقيات النوى (بدء التضاعف) مرة واحدة فقط، ومضاعفة كل كروموسوم بثبات مرة واحدة فقط في كل دورة خلية. ولا تتطلب هذه المضاعفة الدقيقة للكروموسوم إطلاقًا دقيقًا لجميع مناشئ التضاعف المتعددة في الطور S. في المقابل، لا يمتلك منشأ التضاعف البكتيري الفردي مثل هذا الهامش للخطأ، ويُعد أي نقص مماثل في الدقة أمرًا مميتًا. إن استخدام منشأ تضاعف فردي ليس سمة أكثر بدائية؛ بل هو استراتيجية مختلفة تمامًا تميز البكتيريا. ونطرح كذلك أن الضغوط التطورية الشديدة خلقت أنظمة أكثر تعقيدًا وتطورًا لمنشأ التضاعف الفردي نظرًا لتعرض البكتيريا لظروف قاسية وسريعة التغير؛ إذ يتعين على منشأ التضاعف البكتيري استقبال كمّ هائل من المعلومات ومعالجتها سريعًا في الوقت الفعلي، وليس فقط بالتوافق مع التوقيت الزمني لدورة الخلية. وتفضي إعادة تعريف مناشئ التضاعف البكتيرية هذه بوصفها وحدات مركزية لمعالجة المعلومات إلى تنبؤين مهمين على الأقل: أولهما أن مناشئ التضاعف البكتيرية تستخدم العديد من آليات التحكم التي لم تُكتشف بعد، وثانيهما أن البكتيريا المتباعدة تطوريًا ستستخدم العديد من آليات التحكم شديدة التمايز. ونستعرض في هذا العمل الأدبيات العلمية الحديثة التي تدعم كلا التنبؤين؛ حيث سنسلط الضوء على ثلاثة أمثلة رئيسية ونوضح كيف تعمل أنظمة التغذية الراجعة السلبية، والتتابع الفوسفوري (phospho-relay)، وفصل الكروموسومات على تنظيم تضاعف الكروموسوم. كما نقترح آفاقًا للدراسات المستقبلية ونناقش إمكانية استخدام بروتينات التضاعف كأهداف جديدة للمضادات الحيوية.
Reference Key
emarczynski2015frontiersredefining Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors ;Gregory eMarczynski;Thomas eRolain;James eTaylor
Journal journal of magnetic resonance (san diego, calif : 1997)
Year 2015
DOI
10.3389/fmicb.2015.00610
URL
http://journal.frontiersin.org/Journal/10.3389/fmicb.2015.00610/full
Keywords
cell-cycle response regulator

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.