Pada sel eukariotik, protein kinase serin/treonin (StpK) berperan penting dalam membatasi infeksi virus. StpK biasanya diaktifkan selama infeksi dan menghambat ekspresi gen di pusat replikasi virus.
Pada tanggal 10 Agustus 2023, tim He Zhengguo di Universitas Guangxi (dengan Li Xiaohui sebagai penulis pertama) menerbitkan artikel daring berjudul "Mycobacterial phage TM4 requires an eukariotik-like Ser/Thr protein kinase to silence and escape anti-phage immunity", yang melaporkan bahwa StpK7 mirip eukariotik yang dikodekan oleh MSMEG_1200 diperlukan agar Mycobacterium pubescens TM4 dapat lolos dari pertahanan bakteri di Mycobacterium pubescens.
StpK7 terletak di pulau gen MSMEG_1191MSMEG_1200 dan mengandung beberapa gen resistensi fag yang mirip dengan sistem resistensi fag BREX (penolakan fag). stpK7 mengatur ekspresi pulau gen ini secara negatif. Setelah infeksi fag TM4, StpK7 diinduksi untuk secara langsung memfosforilasi regulator transkripsi MSMEG_1198 dan menghambat aktivitas regulasi positifnya, sehingga mengurangi ekspresi beberapa gen hilir di pulau gen mirip BREX. Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa gen dalam pulau anti-fag ini memainkan peran regulasi utama dalam hemostasis lipid Mycobacterium dan penyerapan fag. Secara keseluruhan, penelitian ini mengkarakterisasi jaringan regulasi yang digerakkan oleh StpK7 yang dieksploitasi oleh fag TM4 untuk menghindari pertahanan inang terhadap Mycobacterium.
Mycobacteria termasuk dalam kelompok besar aktinomiset Gram-positif, yang paling terkenal di antaranya adalah patogen manusia yang tumbuh lambat, termasuk Mycobacterium tuberculosis, yang menyebabkan tuberkulosis pada manusia, dan Mycobacterium leprae, yang menyebabkan kusta. Ini juga termasuk Mycobacterium pubescens, bakteri pembusuk yang tumbuh relatif cepat dan tidak beracun. Sistem CRISPR-CAS telah dikarakterisasi dalam spesies Mycobacterium dan telah menunjukkan resistensi terhadap transformasi oleh plasmid asing. Selain itu, genom Mycobacterium mengkodekan sejumlah sistem imun bawaan, seperti sistem modifikasi restriksi dan sistem toksin-antitoksin. Namun, fungsi pertahanan sistem imun bawaan ini terhadap fag belum dijelaskan. Menariknya, dalam Mycobacterium pubescens, sintesis dan lokalisasi glikolipid dan fosfolipid dapat mengubah kapasitas penyerapan fag, dan mutasi pada gen terkait dapat memengaruhi resistensi bakteri terhadap fag. Pada Mycobacterium abscessus, strain dengan morfologi koloni halus yang disebabkan oleh mutasi pada gen menunjukkan resistensi fag yang lebih kuat. Dengan demikian, regulasi metabolisme glikolipid pada Mycobacterium terkait erat dengan resistensi fagnya. Namun, jalur dan mekanisme spesifiknya masih kurang dipahami.
Baru-baru ini, beberapa protein mirip eukariotik yang ditemukan pada bakteri telah dilaporkan memiliki fungsi pertahanan terhadap infeksi fag, seperti Toll - protein domain struktural reseptor interleukin yang memediasi penipisan NAD+ intraseluler pada sel bakteri dan menyebabkan kematian sel, serta StpK, yang menekan transkripsi virus melalui produksi ribonukleotida yang dimodifikasi, terdapat pada eukariota dan sebagian besar bakteri, dan biasanya bertindak sebagai antivirus. Pada eukariota, beberapa StpK dapat diaktifkan oleh sinyal virus dan selanjutnya menghambat infeksi virus dengan menghalangi sintesis protein virus. Pada bakteri, StpK memiliki banyak fungsi fisiologis, seperti mengatur sintesis dinding sel, pembelahan sel, dan dormansi. Namun, studi tentang regulasi StpK pada interaksi fag-inang hanya dilaporkan pada beberapa bakteri. Hal ini mengakibatkan fosforilasi beberapa protein yang terkait dengan penerjemahan, perbaikan DNA, dan metabolisme sentral, yang menyebabkan kematian sel dan dengan demikian melindungi sel-sel di sekitarnya dari infeksi fag. Pada Streptomyces, StpK terlibat dalam pertahanan melawan fag sebagai komponen sistem pertahanan Pgl dan BREX, tetapi peran pastinya tidak diketahui.
Diagram model mekanisme (gambar dari Cell Host & Microbe)
Hebatnya, genom Mycobacterium tuberculosis mengkodekan 11 StpK, yang mana PknA dan PknB termasuk dalam manipulator yang sama yang penting untuk pertumbuhan mikobakteri. Meskipun StpK ini telah ditemukan memainkan peran penting dalam sintesis dinding sel, morfologi dan pembelahan sel, transportasi lipopolisakarida, ketahanan tekanan osmotik, virulensi, dan banyak aspek lain dari fisiologi bakteri, peran mereka dalam interaksi mikobakteri-fag belum dilaporkan. Apakah StpK seperti eukariotik ini terlibat dan bagaimana mereka mengatur proses infeksi fag masih belum diketahui.
TM4 adalah fag DNA untai ganda dengan ukuran genom 52.797 pasangan basa (bp). Fag ini menginfeksi Mycobacterium pubescens yang tumbuh cepat dan Mycobacterium tuberculosis yang tumbuh lambat. Fag TM4 bereplikasi 20 menit setelah infeksi bakteri inang, dan melisiskan sel inang 4 jam setelah infeksi sel inang. Fag ini saat ini banyak digunakan untuk manipulasi genetik mikobakteri. Namun, sedikit yang diketahui tentang interaksi fag TM4 dengan bakteri inang dan mekanisme pertahanan inang terhadap fag TM4.
Studi ini secara sistematis mengevaluasi semua 13 gen StpK non-esensial yang dikodekan oleh genom Mycobacterium pubescens dan menemukan bahwa pengurangan stpK7 secara signifikan meningkatkan resistensi Mycobacterium terhadap fag TM4. Studi ini melaporkan bahwa gen StpK7 yang unik sangat penting untuk infeksi fag TM4 pada Mycobacterium pubescens. Yang paling penting, stpK7 terletak di pulau gen mirip BREX yang sebelumnya tidak terdefinisi dan dapat membungkam pertahanan inang dengan secara langsung memfosforilasi faktor transkripsi di pulau tersebut, sehingga mempertahankan kapasitas penyerapan fag TM4 dan menghambat kematian sel Mycobacterium. Sebagai kesimpulan, studi ini berhasil mengungkap jaringan regulasi yang digerakkan oleh StpK7-mirip eukariotik yang dieksploitasi oleh fag TM4 untuk menghindari pertahanan inang dari pulau gen yang resistan terhadap fag mirip BREX di Mycobacterium. Pekerjaan ini sangat memperkaya pemahaman tentang mekanisme penghindaran pertahanan inang dari fag Mycobacterium.
