Роль системы токсин-антитоксин vapBC в формировании состояния покоя Mycobacterium smegmatis тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.04, кандидат наук Демидёнок, Оксана Игоревна

• Демидёнок, Оксана Игоревна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Демидёнок, Оксана Игоревна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ...................................................................................................4

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................................5

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................9

1. Состояние покоя у бактерий...................................................................................9

2. Системы токсин-антитоксин бактерий.............................................................14

2.1. Типы ТА систем...................................................................................................15

2.2. Распространение ТА систем.............................................................................2 6

2.3. Мишени токсинов...............................................................................................28

2.4. Функции ТА систем.............................................................................................30

3. ТА системы микобактерий....................................................................................3 5

3.1. Семейство mazEF.................................................................................................35

3.2. Семейство relBE...................................................................................................39

3.3. Семейство Phd/Doc.............................................................................................41

3.4. Семейство parDE..................................................................................................43

3.5. Семейство higBA..................................................................................................45

3.6. Трёхкомпонентная ТА система TAC...............................................................48

3.7. Семейство vapBC..................................................................................................49

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ............................................................................54

1. Объекты исследования. Штаммы и контрукции........................................54

2. Условия культивирования...............................................................................55

3. Клонирование......................................................................................................56

4. Трансформация культур M.smegmatis и Е. coli.............................................57

5. Электрофорез в агарозном геле......................................................................58

6. Получение мутантного штамма с делецией локуса vapBC.......................58

7. Отбор позитивных в отношении экспрессии токсина VapC колоний...59

8. Получение покоящихся форм М. smegmatis.................................................59

9. Микроскопические исследования..................................................................60

10. Оценка культивируемости...............................................................................60

11. Реактивация «некультивируемых» клеток.................................................61

12. Включение радиоактивной метки................................................................61

13. Определение дыхательной активности.......................................................62

14. Изучение чувствительности клеток к действию стрессовых факторов..........................................................................................................................62

15. Получение рекомбинантного белка УарС....................................................62

16. Получение рекомбинантного белка ЯрКт..................................................63

17. Электрофорез рекомбинантных белков УарС и НрКт в ПААГ...............63

18. Иммунизация и ммуноблоттинг рекомбинантного белка УарС.............64

19. Выделение и очистка РНК...............................................................................65

20. ПЦР в реальном времени..................................................................................65

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ................................................................67

1. Образование покоящихся форм рекомбинантным штаммом М.БтедтаИБ - рМтс! - уарС сгиперэкспрессией токсина уарС....................................................................................................................................68

2. Биохимические свойства овоидных форм рекомбинантного штамма

- рМтс! - уарСМ. БтедтаИБ.........................................................................................78

3. Изменение уровня экспрессии гена уарС при переходе клеток М.зтедтаШ штамма дикого типа в покоящееся состояние.........................................................................................................................83

4. Гиперэкспрессия антитоксина УарВ препятствует образованию покоящегося состояния клетками М^тедтаИв....................................................85

5. Получение мутантного штамма ЛvapBC М. ятедтаИз с делецией локуса уарВС.................................................................................................................................90

6. Гиперэкспрессия антитоксина УарВ препятствует переходу клеток делеционного штамма ЛуарВСв покоящееся состояние....................................99

7. Получение покоящихся форм штамма - рМтс! -шрВСМ. БтедтаИв с

комплементацией делеции локуса vapBC...............................................................102

ГЛАВА IV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.................................................................104

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................................110

ВЫВОДЫ........................................................................................................................112

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................113

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

КОЕ - колониеобразующие единицы NB - Nutrient broth, мясо-пептонный бульон

mHdB - модифицированная синтетическая среда Hartman's-de Bont

БСА - бычий сывороточный альбумин

МКР - метод конечных разведений

НВЧК- наиболее вероятное число клеток

ТА - токсин-антитоксин

НК - «некультивируемые» клетки

ODöoo- оптическая плотность при длине волны 600 нм

PI - propidium iodide, флуоресцентный краситель, детектирующий поврежденные клетки

ТХУ - трихлоруксусная кислота

ВВ - binding buffer, связывающий буфер

ИПТГ - (англ. IPTG - isopropylthiogalactoside), изопропил-ß-D-l-тиогалактопиранозид

ПААГ - полиакриламидный гель

TBS - Tris-Buffered Saline, солевой трис-буфер

МЛУ - множественная лекарственная устойчивость

ПЦР - полимеразная цепная реакция

ПКС - программируемая клеточная смерть

Rpf - Resuscitation promoting factor, фактор, способствующий реактивации покоящися форм бактерий

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Роль системы токсин-антитоксин vapBC в формировании состояния покоя Mycobacterium smegmatis»

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования

Туберкулёз является одной из самых распространённых причин смерти от инфекционных заболеваний. Зачастую развитие острой формы заболеваний связано с реактивацией латентной инфекции, носителями которой являются около 3 миллиардов человек. Развитие латентной стадии заболевания обусловлено способностью возбудителя Mycobacterium tuberculosis (МТБ) формировать так называемые покоящиеся (дормантные) формы, которые характеризуются способностью оставаться в неактивном состоянии на протяжении длительного промежутка времени и реактивировать при ослаблении иммунной системы хозяина. Для борьбы с туберкулезом необходимо понимание механизмов перехода его в латентную форму. К настоящему моменту накоплено большое количество данных, описывающих физиологию покоящихся микобактерий, однако механизмы, запускающие переход бактерий в покоящееся состояние и их реактивацию, до настоящего времени не ясны.

Значительный интерес с этой точки зрения представляют системы токсин - антитоксина [ТА), обнаруживаемые в геномах подавляющего большинства архей и бактерий, в особенности у МТБ (до 80 пар генов) [Sala A. et al., 2014]. Токсины гидролизуют матричную, транспортную и рибосомальную РНК [Winther and Gerdes, 2011; Christensen and Gerdes, 2003; Schifano et. al., 2013] регулируют генную экспрессию, изменяя спектр синтезированных белков [Guo et al., 2009], участвуют в переходе активно растущих клеток в состояние персистенции [Maisonneuve et al., 2011], позволяющего, избегать действия антимикробных препаратов. Столь разнонаправленное действие белков токсинов может предоставлять бактериальной клетке возможность глобальной перестройки метаболизма, включая его переориентацию в другое русло или «замораживание», что позволяет рассматривать ТА системы в качестве индукторов перехода микобактерий в покоящееся состояние. Для изучения роли ТА систем в молекулярных механизмах перехода активных клеток микобактерий в покоящееся состояние в качестве объекта исследования выбран ТА локус vapBC Mycobacterium smegmatis, близкого к МТБ микроорганизма, и потому широко используемый в качестве модельного объекта при исследованиях физиологии возбудителя туберкулёзной инфекции.

Цель исследования

Изучение роли системы токсин-антитоксин vapBC в формировании покоящегося состояния Mycobacterium smegmatis.

Задачи исследования

1. Получить рекомбинантные штаммы М. smegmatis с гиперэкспрессией белков токсина VapC и антитоксина VapB;

2. Получить мутантный штамм М. smegmatis с делецией локуса vapBC;

3. Получить рекомбинантный белок VapC и поликлональную сыворотку к нему;

4. Оценить возможность образования полученными рекомбинантными и мутантными штаммами М. smegmatis покоящихся форм в различных моделях;

5. Оценить возможность реактивации покоящихся форм, образованных полученными рекомбинантными и мутантными штаммами М. smegmatis;

6. Изучить биохимические и микробиологические характеристики покоящихся форм рекомбинантного штамма М. smegmatis с гиперэкспрессией токсина VapC;

7. Оценить уровень экспрессии VapC белка в условиях перехода в покоящееся состояние методом ПЦР в реальном времени.

Методы исследования

В работе использовались классические микробиологические методы работы с непатогенными бактериальными культурами, а также современные молекулярно-генетические методы исследования. Статистическую обработку результатов экспериментов осуществляли в соотвествии с общепринятыми алгоритмами.

Научная новизна и практическая значимость

В настоящей работе подробно исследована роль генов системы токсин-антитоксин vapBC в формировании дормантного состояния М. smegmatis.

Впервые было продемонстрировано, что гиперэкспрессия токсина VapC в клетках М. smegmatis приводит к изменению клеточной морфологии

(образованию овоидных форм), снижению уровня метаболизма и дыхания. Полученные овоидные клетки характеризуются большей устойчивостью к воздействию стрессовых факторов (повышенные температуры и резистентность к воздействию антибиотика) по сравнению с вегетативными клетками, что позволяет отнести их к покоящимся формам бактерий.

Впервые было показано, что гиперэкспрессия антитоксина УарВ в клетках М.БтедтаЫз приводит к потере ими способности переходить в дормантное состояние.

Впервые с помощью модели получения некультивируемых форм и метода ПЦР в реальном времени было установлено, что при переходе клеток М. зтедтаШ в покоящееся состояние происходит увеличение количества мРНК уарВС локуса.

Таким образом, впервые экспериментально доказано участие системы токсин-антитоксин в образовании покоящегося состояния у бактерий.

Данные, полученные в ходе работы, значительно расширяют представления об особенностях механизмов формирования покоящегося состояния бактерий, и могут быть использованы для разработки принципиально новых антибактериальных препаратов, препятствующих переходу острой туберкулёзной инфекции в хроническую форму, для создания новых вакцинных препаратов на основе живых бактерий с низким потенциалом реактивации, а также для дополнительной аттенуации противотуберкулезной вакцины путем удаления определенных ТА локусов, что сможет предотвратить развитие осложнений, связанных с реактивацией бактерии.

Степень достоверности результатов проведённых исследований

Выводы, представленные в этой работе, полностью подтверждены экспериментальными данными. Достоверность полученных результатов не вызывает сомнений. Используемые методики исследования и проведенные расчеты корректны, полученные экспериментальные закономерности статистически достоверны.

Положения диссертации, выносимые на защиту

1. Гиперэкспрессия токсина VapC приводит к образованию покоящихся овоидных форм М. smegmatis;

2. Гиперэкспрессия антитоксина VapB приводитк потере способности клетками М. smegmatis формировать покоящееся состояние;

3. Клетки штамма с делецией локуса AvapBC образуют метаболически неактивные овоидные формы, не способные к реактивации. Экспрессия антитоксина VapB на фоне делеции локуса vapBC блокирует формирование метаболически неактивных форм;

4. При переходе клеток М. smegmatis в покоящееся состояние повышается уровень мРНК vapBC локуса;

5. Подтверждена гипотеза об участии систем токсин-антитоксин vapBC в регуляции перехода клеток М. smegmatis в покоящееся состояние.

Апробация работы

По материалам диссертационной работы опубликовано 5 статей в журналах, входящих в Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий ВАК РФ.

Основные результаты работы были представлены на следующих научных конференциях и симпозиумах: III международная конференция «Микробное разнообразие: состояние, стратегия выживания, биотехнологический потенциал», ICOMID, Пермь, 2008; IV международная конференция молодых ученых «От молекулы до биосферы», Харьков, 2009; IV Европейский конгресс микробиологов (FEMS), Женева, Швейцария, 2011; Международная конференция «Туберкулёз: биология, патогенез, стратегия внедрения», Париж, Франция, 2012; V Европейский конгресс микробиологов (FEMS), Лейпциг, Германия, 2013; Международная конференция Федерации Европейских Биохимических Обществ (FEBS), Париж, Франция, 2014.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Состояние покоя у бактерий.

Способность микроорганизмов адаптироваться к постоянно изменяющимся условиям существования общеизвестна. В процессе эволюции бактериальные клетки выработали множество защитных реакций и адаптивных систем, направленных на поддержание внутреннего гомеостаза и преодоление сопротивления окружающей среды. Универсальными стрессорами для микроорганизмов являются постоянно изменяющиеся факторы и условия окружающей среды: нехватка питательных веществ, резкие перепады температур, высокая осмомолярность, неоптимальный pH, недостаток кислорода и т.д. [Edwards, 2000]. Первоначальный ответ микроорганизмов на любой стресс направлен на то, чтобы нивелировать вызванные им нарушения сбалансированности клеточного метаболизма и обеспечить своё выживание. В подавляющем большинстве случаев этот первый ответ основан на уже действующих физико-химических реакциях и биохимических активностях, которые на низком уровне экспрессируются даже в отсутствие стресса [Koch, 2005]. В результате такого ответа изменяется только скорость роста клеточной популяции, но общий принцип её развития не изменяется [Holms, 1996; Holms, 2001]. В случае если стрессовое воздействие на клетки пролонгировано, бактерии вынуждены переходить от стратегии роста к стратегии переживания и задействовать дополнительные генетические и физиологические ресурсы. Как результат, бактерии могут переходить в покоящееся состояние, характеризующееся низкой метаболической активностью, в котором клетки способны без деления переживать неблагоприятные условия в течение длительного периода времени [Kaprelyants et al., 1993]. Традиционно, переход клеток в состояние покоя ассоциировался с образованием высокодифференцированных форм - спор, цист, конидий, акинет - структур, которые могут образовывать ограниченное число бактериальных видов. Однако за последние годы накоплено достаточное количество данных, позволяющих утверждать, что неспорулирующие бактерии, в том числе и патогенные, также способны формировать состояние покоя в ответ на различные стрессовые воздействия [Colwell et al., 1985; Xu et al., 1982; Islam et al., 1993; Domingue et. al.,

9

1997]. Такие клетки, как правило, характеризуются изменённой морфологией (уменьшением линейных размеров и образованием овоидных форм), утолщением клеточной стенки и повышением устойчивости к различным стрессовых воздействиям [Бухарин, 2005]. Зачастую покоящиеся клетки оказываются "некультивируемыми», т.е. временно теряют способность расти и размножаться на стандартных питательных средах, хотя при этом сохраняют жизнеспособность [Kaprelyants & Kell, 1993]. Бактериальные клетки, определяемые как «некультивируемые, но жизнеспособные» (VBNC - viable but non culturable] [Zhang, 2004; Chao and Rubin, 2010; Oliver, 2005] характеризуются определённым уровнем метаболической активности и способны к реактивации -восстановлению ростовых процессов при смене условий окружающей среды на благоприятные [Kell et al., 2002] или в присутствие определённых экзогенных факторов [Oliver, 2005], однако механизмы процесса реактивации всё ещё остаются не изученными до конца. Определяя клетки как «некультивируемые» (НК), подразумевается, что они не могут расти и размножаться в данном физиологическом состоянии и в данных условиях [Kell et al., 2002]. Этот признак не является обязательным свойством покоящегося состояния и может быть связан со специфической стратегией переживания стрессовых условий [Mukamolova et al., 2003], а также отражать степень глубины покоя клеток и являться маркёром глубокого подавления метаболизма.

Способность микроорганизмов в течение долгого периода времени находиться в метаболически неактивном состоянии, при этом сохраняя возможность выживать в неблагоприятных условиях, свойственна многим патогенам человека, таким как Helicobacter pylori, Legionella pneumophila, Campylobacter sp., Salmonella lyphimurium, Listeria monocytogenes, Bacillus anthracis, MTB [Lennon and Jones, 2011; Keep et al., 2006; Dworkin and Shah, 2010]. Развитие латентной стадии туберкулёза связывают именно со способностью патогена MTB формировать покоящиеся (дормантные) формы. Клетки MTB не допускают полного своего элиминирования из организма хозяина путём перехода в покоящееся состояние, которое характеризуется повышенной устойчивостью ко множеству негативных факторов. На системном уровне болезнь переходит в латентную стадию [Ahmad, 2011; Cardona, 2010], сопровождающуюся

формированием гранулём [Ulrichs and Kaufmann, 2006]. В состоянии латентной инфекции бактерии остаются в неактивном состоянии на протяжении длительного промежутка времени и реактивируют именно тогда, когда иммунная система организма хозяина ослаблена и не способна сопротивляться инфекции [Davis and Ramakrishman, 2009]. Подобное свойство дормантных микобактерий приводит к тому, что контролировать развитие и распространение заболевания становится всё сложнее. Кроме того, неспособность современных противотуберкулёзных препаратов воздействовать на дормантные клетки туберкулёза приводит к длительной химиотерапии, которая в свою очередь зачастую способствует развитию множественной лекарственной устойчивости (МЛУ) туберкулёзного агента.

Механизм, за счёт которого осуществляется переход микобактериальных клеток в дормантное состояние, не вполне ясен. Традиционно считается, что важную роль в процессе перехода клеток в состояние покоя играет dos - регулон (Dormancy survival Regulator), поскольку в подавляющем большинстве условий, при которых MTB приобретает дормантный фенотип, наблюдается экспрессия именно тех генов, которые входят в состав этого регулона (более 50 генов): fadE ¿ацетил-СоА дегидрогеназа), rpfA (фактор реактивации Rpf), fdxC и fdxA (ферродоксин), narX (нитратредуктаза), пагК2 (белок-транспортёр нитратов), hspX (альфа-кристаллин), асд (нитротредуктаза) и т.д. [Park et al., 2003; Kendall et al., 2004]. Dos - регулон контролируется двухкомпонентным регулятором стрессового ответа DosR (DevR) [Fenhalls et al., 2002; Voskuil et al., 2004] и обнаруживается как y MTB [Rustad et al., 2008], так и у Mycobacterium bovis BCG [Boon and Dick, 2002] и M. smegmatis [O'Toole et al., 2003]. Активация dosRS -регулона осуществляется широким спектром факторов и стимулов, в том числе гипоксией, низким pH, присутствием в среде СО, NO, SDS, Н2О2 [Rustad et al., 2009].

На основании многочисленных исследований, проведённых с использованием ряда моделей in vitro [Sever and Youmans, 1957; McCune et al., 1966; Wayne & Sohaskey, 2001; Corper and Cohn, 1933; Shleeva et al., 2002; Shleeva et al., 2004, Shleeva et al., 2011, Anuchin et al., 2009] и in vivo [Karakousis et al., 2004; Schnappinger et al., 2003; Rachman et al., 2006; Capelli et al., 2006; Homolka et al., 2010; Talaat et al., 2007; Rachman et al., 2006] было показано, что в

персистирующих микобактериальных клетках происходит изменение экспрессии тех генов, которые участвуют в процессах адаптации бактерий к неблагоприятным условиям. Так, в клетках МТБ наблюдалась повышенная экспрессия генов, участвующих в липидном метаболизме: fadA, fadB, fadD, fadE и echA [Schnappinger et al., 2003; Tailleux et al., 2008; Azhikina et al., 2010; Munoz-Elias and McKenney, 2006], и кодирующих ферменты p - окисления жирных кислот и катаболизма холестерина. Кроме того, увеличивалась экспрессия гена изоцитралиазы icll [McKinney et al., 2000; Lorenz and Fink, 2001], ключевого фермента глиоксилатного шунта, а также наблюдалась up - регуляция генов группы desA, кодирующих ферменты десатуразы жирных кислот [Schnappinger et al., 2003; Li et al., 2010; Homolka et al., 2010; Rachman et al., 2006]. Подобные изменения в метаболизме липидов микобактерий обусловливаются переходом клеток к использованию жирных кислот в качестве источника углерода вместо углеводов [Munoz-Elias and McKenney, 2006; Eisenreich et al., 2010; Shi et al., 2010] в период инфекции, что подтверждается и наблюдаемой in vivo down - регуляцией генов пируваткиназы ругА - ключевого фермента гликолиза [Schnappinger et al., 2003; Garton et al., 2008] и транспортёров липидов mce4 и mcel [Schnappinger et al., 2003; Tailleux et al., 2008].

В ходе развития латентной инфекции в клетках возбудителя туберкулёза также обнаруживалось снижение уровня экспрессии генов NADH дегидрогеназы (nuoA-N), цитохром-с-оксидазы ааЗ (ctaBECD) и цитохром-с-редуктазы [qcrCAB) и повышение экспрессии генов кластера narGHJI и пагК2, кодирующих нитратредуктазу и белки-транспортёры нитратов, соответственно [Schnappinger et al., 2003; Tailleux et al., 2008; Azhikina et al., 2010; Garton et al., 2008; Shi et al., 2005]. Подобные перестройки энергетического метаболизма позволяют клеткам МТБ снизить зависимость от кислорода и перейти на использование нитрата в качестве конечного акцептора электронов в микроаэрофильных условиях.

Помимо энергетических и метаболических перестроек, детектируемых в условиях моделей, имитирующих стрессовые условия, которым подвергается туберкулёзный агент в период персистенции, наблюдалось снижение экспрессии генов рибосомальных белков (гр/, rpm, rps) и генов АТФ - синтазы, что указывало

12

на уменьшение потребности бактериальных клеток в синтезе белка и прекращении репликации [Tailleux et al., 2008; Homolka et al., 2010]. Детектируемое повышение активности генов систем репарации ДНК (dinF/G) и шаперонов (groES, dría], hspX) свидельствовало о масштабной адаптивной реакции к стрессовым условиям [Talaat et а., 2004; Rachman et al., 2006; Rohde et al., 2007; Fontan et al., 2008].

Геном МТБ кодирует около 190 транскрипционных регуляторов: 13 сигма-факторов, 11 двухкомпонентных систем, 5 одиночных регуляторов ответа, 11 протеинкиназ [AvGay et al., 2002] и более 140 других предполагаемых транскрипционных регуляторов [Bishai, 1998; Cole et al., 1998; Fleischmann et al., 2002]. Среди регуляторных систем, активность которых лежит в основе адаптации микобактериальных клеток к стрессовых условиям, особое место занимают 13 генов сигма - факторов [Manganelli et al., 2004; Rodrigue et al., 2006].

На сегодняшний день существует множество экспериментальных подтверждений, что при переходе в дормантное состояние в клетке осуществляется дифференциальная экспрессия указанных генов. Up - регуляция генов sigA, sigB, sigD, sigE, sigF и sigH наблюдается при тепловом и холодовом шоке, окислительном стрессе [Ни and Coates, 1999; Fernandes et al., 1999; Manganelli et al., 2002; Raman et al., 2001], при попадании клеток в условия нехватки питательных веществ [Manganelli et al., 1999; Wu et al., 2009] в присутствии различных антибиотических препаратов (ванкомицин, изониазид) [Pendzich et al., 2004; Prowedi et al., 2009], a также в период заражения макрофагов [Volpe et al., 2006; Hu and Coates, 1999; Raman et al., 2004; Michele and Bishai, 1999]. Повышенная индукция гена sigG ¿"no сравнению с остальными генами сигма-факторов) наблюдалась в период развития инфекционного процесса [Cappelli et al., 2006; Volpe et al., 2006], а увеличение транскрипции мРНК sigl и SigJ было обнаружено в дормантных клетках МТБ [Ни and Coates, 2001].

В настоящее время в качестве глобальных регуляторов процесса перехода бактериальных клеток в покоящееся состояние рассматриваются так называемые гены токсин-антитоксиновых (ТА) систем, которые были обнаружены в геномах подавляющего большинства бактерий и архей [Pandey and Gerdes, 2005].

2. СИСТЕМЫ ТОКСИН-АНТИТОКСИН БАКТЕРИЙ.

Впервые гены, кодирующие двухкомпонентную систему токсин-антитоксин (ТА) были описаны в 80-е годы прошлого века как гены плазмид, которые обеспечивают поддержание и наследование малокопийных плазмид в бактериальной клетке [Ogura and Hiraga, 1983; Jaffe et al., 1985; Gerdes et al., 1986]. Принцип действия ТА систем заключается в том, что стабильный белок токсин нарушает важнейшие клеточные функции, такие как трансляция, репликация, синтез компонентов клеточной стенки и т.д., а лабильный антитоксин связывает токсин и, таким образом, его инактивирует. При делении бактерии дочерние клетки получают часть токсина и антитоксина материнской клетки. Если дочерняя клетка не получила плазмиду, кодирующую синтез токсина и антитоксина, унаследованный с цитоплазмой антитоксин разрушается, освобождая стабильный токсин. Таким образом, клетки, сохранившие плазмиду, не подвергаются воздействию токсина и имеют ростовые преимущества.

Все ТА системы имеют сходную структурную организацию: гены антитоксина и токсина находятся в одном опероне, как правило, перекрываются в областях старт и стоп кодонов, ко-транскрибируются и ко-транслируются [Tian Q.B. et al., 1996]. В оптимальных условиях роста белок токсин в клетках находится в неактивном состоянии в комплексе с антитоксином. Уровень транскрипции ТА оперона низок за счет связывания свободного антитоксина или антитоксина в составе ТА комплекса с промоторной частью собственного оперона [Jensen R.B. and Gerdes К., 1995]. Однако свободный антитоксин обладает меньшей афинностью по отношению к оператору промоторной области, по сравнению с антитоксином ТА комплекса [Garcia-Pino А. et al., 2008]. При попадании бактерии в стрессовые условия (аминокислотное или углеродное голодание) в цитоплазме активируется клеточные протеиназы, которые разрушают антитоксин, что приводит к лавинообразному нарастанию концентрации свободного белка токсина, что вызывает остановку клеточного роста или смерть бактерии [Tsuchimoto S. et al., 1992; Christensen S.K. et al., 2004].

2.1. Типы ТА систем.

Основываясь на природе антитоксина и его способе действия, ТА системы разделяют на 5 типов (рис. 1, таб. 1). Антитоксины I и III типа представляют собой небольшие РНК, которые подавляют либо экспрессию токсина (I тип), либо его активность (III тип) [Fozo et al., 2008; Fineran et al., 2009]. Антитоксины II типа являются белками, которые инактивируют токсины, связывая их в нейтральный комплекс [Makarova et al., 2009]. Ингибиторный эффект антитоксиновых белков IV типа достигается не прямым взаимодействием с токсином, а путём защиты его мишеней [Masuda et al., 2012]. Антитоксины V типа представляют собой сайт-специфическую эндорибонуклеазу, обусловливающую деградацию мРНК токсина [Wang et al., 2012].

ТА системы I типа.

Самый первый и в тоже время наиболее изученный ТА локус I типа -hok/sok, гены которого были обнаружены в составе плазмиды RI Е. coli в 1986 году, а впоследствии и на хромосомах некоторых энтеробактерий [Gerdes et al., 1986; Pedersen and Gerdes, 1999; Gerdes and Wagner, 2007]. В течение последующих лет были обнаружены и охарактеризованы другие представители данного типа ТА систем - IdrD/rdID, tisB/istR, shoB/ohsC, symE/symR, txpA/ratA, уопТ/as-yonT, bsrG/sr4 - у многих грамположительных и грамотрицательных бактерий [Faridani et al., 2006; Gerdes and Wagner, 2007; Fozo, 2012; Kawano, 2012; Wagner and Unoson, 2012].

ТА системы I типа организованы как частично перекрывающиеся, конвергентно (hok/sok, bsrG/SR4) или дивергентно транскрибируемые гены, расположенные поодаль друг от друга (tisB/IstRl, shoB/OhsC). В первом случае антитоксин представляет собой цис-кодируемую, а во втором случае - транс-кодируемую антисмысловую РНК. [Fozo, 2012]. Все токсины ТА систем данного типа, за исключением SymE, представляют собой небольшие гидрофобные белки (менее 60 аминокислот). Токсины I типа работают в клетке подобно белкам холинам бактериофагов, образуя поры в клеточной мембране, что приводит к снижению уровня синтеза АТФ, в результате чего ингибируются процессы репликации, транскрипции и трансляции, что, в конечном итоге, приводит к

смерти бактериальной клетки [Сегс1е5 е1 а1., 1986Ь; Рого а1., 2008Ь; Рого е1 а1., 2010]. Токсин БугпЕ системы БутЕ/зутЯ отличается от токсинов других семейств: он представляет собой эндорибонуклеазу, которая активируется во время БОБ -ответа, и участвует в элиминации повреждённых РНК [Кашапо е1 а1., 2007]. Для ТА систем I типа характерна следующая схема взаимодействия ТА продуктов.

Таблица 1. Пять типов ТА семейств. (Т) - токсин; (А) - антитоксин [Guglielmini and Van Melderen, 2007]

Тип ТА системы Химическая природа токсина антитоксина Механизм действия/мишени токсинов Инактивация токсина Примеры Ссылки

I тип ¡шш белок РНК Гидрофобные белки, способные индуцировать образование пор в клеточной мембране и снижать синтез АТФ в клетке; вызывают конденсация нуклеотида; эндорибонуклеазная активность мРНК (Т) - РНК (А) взаимодействие Hok/sok, tisAB/IstRl, symER Gerdes etal., 1986a; Vogel et al, 2004; Kawano et al.,2007; Kawano, 2012; Weaver, 2012; Gurnevetal., 2012

II тип белок белок Ингибиторы ДНК - гираз, ингибиторы процессов трансляции (разрезание мРНК на/вне рибосомы), фосфорилирование 1ШАС и фактора элонгации ЕР-Т11 Белок (Т) - белок (А) взаимодействие ccd, mazEF, vapBC, relBE, phd/doc, hipBA, parDE, higBA, cu£( Ogura & Hiraga 1983; Bernard & Couturier, 1992; Ceglowski et al. 1993; Lehnherr etal. 1993; Aizenman et al. 1996; Gotfredsen & Gerdes, 1998; Christensen et al. 2003; Pedersen et al.2003; Zhang etal. 2004; Zielenkiewicz & Ceglowski 2005; Liu et al. 2008; Mutschler etal. 2011; Winther& Gerdes, 2011

III тип белок РНК Эндорибонуклеаза Белок (Т) - РНК (А) взаимодействие toxlN Fineran et al., 2009; Blower et al., 2011; Blwer etal., 2012

IV тип белок белок Дестабилизация и ингибирование полимеризации белков МгеВ и Взаимодействие белка антитоксина и мишени токсина cbtA/cbeA Masuda etal., 2012b; Tan et al., 2011;

Утип белок белок Повреждение клеточной мембраны Разрезание мРНК (Т) белком (А] ghoST Wang etal., 2012; Faridani et al., 2006

В результате транскрипции ТА локуса I типа (например, Ьок/эок) в клетке синтезируются два транскрипта: нестабильная антитоксиновая антисмысловая РНК {эок-РНК) (период полужизни порядка 30 сек), и первичный стабильный (период полужизни порядка 30 мин) токсиновый транскрипт (йо/с-мРНК), не доступный ни для трансляции рибосомами, ни для связывания с антитоксиновой 50/с-РНК [ТЫз1ес1 е1 а1., 1994]. Последовательный процессинг /го/с-мРНК на 3/ -конце приводит к образованию зрелого транскрипта, доступного как для трансляции, так и для связывания с Бок-РНК (рис. 1)[ТЫз1ес1 е1 а!., 1994].

первичный транскрипт hok-мРНК

5'__W^O

шпилечная структура на 3''-конце

з/.

процессинг

I

зрелая hok-.мРНК

образование комплекса sok-PHK/hok-MPHK

iiiiiiimu

гидролиз РНКазами III

Рис. 1 Схема активации hok-мРНК токсина и образование комплекса hok-MPHK/sok-PHK. Первичный транскрипт hok-мРНК стабилен из-за пространственной вторичной структуры и образования связей между 3/ и 5/ -концами, что приводит к формированию компактных структур, препятствующих посадке рибосом и связыванию с антисмысловой РНК. 3/ - процессинг запускает серию структурных перестроек hok-мРНК, необходимых для трансляции и образования комплекса с sok-PHK. В результате, зрелая hok-мРНК содержит Ьас-стебелъ и шпильку для связывания с антитоксиновой антисмысловой sok-PHK [Thisted et al., 1994].

В большинстве случаев (hok/sok, tisB/istRl, fst/Rnall, ibs/sib) антитоксины ингибируют трансляцию мРНК токсина, в других случаях, они обусловливают разрушение мРНК токсина [Durand et al., 2012].Образование комплементарных связей между мРНК токсина и антитоксиновой РНКа приводит к формированию двухцепочечной области, которая является мишенью для действия

эндорибонуклеаз III, инициирующих разрушение РНК [Franch and Gerdes, 1996; Thisted et al., 1994; Thisted et al., 1995; Gerdes et. al., 1992].

ТА системы II типа.

Токсины и антитоксины ТА систем II типа - небольшие белки [Hayes and Van Melderen, 2011; Syed and Levesque, 2012; Yamaguchi et al., 2011]. Основываясь на природе токсина, ТА локусы II типа подразделяются на несколько семейств, которые различаются мишенями и способами действия, а также структурой кодируемых белков (таб. 2).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Демидёнок, Оксана Игоревна, 2014 год

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ahmad S. Pathogenesis, immunology, and diagnosis of latent Mycobacterium tuberculosis infection//Clin Dev Immunol. 2011. - doi:10.1155/2011/814943.

2. Aizenman E., Engelberg-Kulka H., Glaser G. An Escherichia coli chromosomal "addiction module" regulated by guanosine 3',5'-bispyrophosphate: a model for programmed bacterial cell death//Proc Natl Acad Sei USA. 1996. - V.93, №12. -P. 6059-6063.

3. Albrethsen J., Agner J., Piersma S.R., Hojrup P., Pham T.V., Weldingh K., Jimenez C.R., Andersen P., Rosenkrands I. Proteomic profiling of Mycobacterium tuberculosis identifies nutrient-starvation-responsive toxin-antitoxin systems//Mol Cell Proteomics. 2013. - V.12. - P. 1180-1191.

4. Amitai S., Yassin Y., Engelberg-Kulka H. MazF-mediated cell death in Escherichia coli: a point of no return//J Bacteriol. 2004. - V.186, №.24. - P. 8295-8300.

5. Andersson S.G., Alsmark C., Canbäck В., Davids W., Frank C., Karlberg О., Klasson L., Antoine-Legault В., Mira A., Tamas I. Comparative genomics of microbial pathogens and symbionts//Bioinformatics. 2002. - V.18. - Suppl 2:S17.

6. Anuchin A.M., Mulyukin A.L., Suzina N.E., Duda V.l., El-Registan G.I. Kaprelyants A.S. Dormant forms of Mycobacterium smegmatis with distinct morphology//Microbiology. 2009. - V.155, №.4. - P. 1071-1079.

7. Arcus V.L., Bäckbro К., Roos A., Daniel E.L., Baker E.N. Distant structural homology leads to the functional characterization of an archaeal PIN domain as an exonuclease//J Biol Chem. 2004. - V.279, №.16. - P. 16471-16478.

8. Arcus V.L., McKenzie J.L., Robson J., Cook G.M. The PIN-domain ribonucleases and the prokaryotic VapBC toxin-antitoxin array//Protein Eng Des Sei. 2011. - V.24, №.1-2. - P. 33-40.

9. Arcus V.L., Rainey P.B., Turner S.J. The PIN-domain toxin-antitoxin array in mycobacteria//Trends Microbiol. 2005. - V. 13, №.8. - P. 360-365.

10.Azhikina T., Skvortsov T., Radaeva T., Mardanov A., Ravin N., Apt A., Sverdlov E. A new technique for obtaining whole pathogen transcriptomes from infected host tissues//Biotechniques. 2010. - V.48, №.2. - P. 139-144.

11.Bech F.W., j0rgensen S.T., Diderichsen B., Karlstrom O.H. Sequence of the relB transcription unit from Escherichia coli and identification of the relB gene//EMB0 J. 1985. - V.4, №.4. - P. 1059-1066.

12. Bernard P. and Couturier M. Cell killing by the F plasmid CcdB protein involves poisoning of DNA-topoisomerase II complexes//] Mol Biol. 1992. - V.226, №.3. -P. 735-745.

13.Bishai W. The Mycobacterium tuberculosis genomic sequence: anatomy of a master adaptor//Trends Microbiol. 1998. - V.6, №.12. - P. 464-465.

14. Bjarnsholt T. The role of bacterial biofilms in chronic infections//APMIS Suppl. 2013.-V.136.-P. 1-51.

15. Blower T.R., Fineran P.C., Johnson M.J., Toth I.K., Humphreys D.P., Salmond G.P. Mutagenesis and functional characterization of the RNA and protein components of the toxIN abortive infection and toxin-antitoxin locus of Erwinia//] Bacteriol. 2009. - V.191, №19. - P 6029-6039.

16. Blower T.R., Short F.L., Rao F„ Mizuguchi K., Pei X.Y., Fineran P.C., Luisi B.F., Salmond G.P. Identification and classification of bacterial Type III toxin-antitoxin systems encoded in chromosomal and plasmid genomes//Nucleic Acids Res. 2012. - V40, №13. - P. 6158-6173.

17. Boon C. and Dick T. Mycobacterium bovis BCG response regulator essential for hypoxic dormancy//] Bacteriol.2002. - V. 184, №24. - P. 6760-6767.

18.Bordes P., Cirinesi A.M., Ummels R., Sala A., Sakr S., Bitter W., Genevaux P. SecB-like chaperone controls a toxin-antitoxin stress-responsive system in Mycobacterium tuberculosis//Proc Natl Acad Sci USA. 2011. - V.108. - P. 84388443.

19. Botella H., Peyron P., Levillain F., Poincloux R., Poquet Y., Brandli I., Wang C.,

Tailleux L., Tilleul S., Charriere G.M, Waddell S.J., Foti M., Lugo-Villarino G., Gao Q.,

114

Maridonneau-Parini I., Butcher P.D., Castagnoli P.R., Gicquel B., de Chastellier C., Neyrolles 0. Mycobacterial p(l)-type ATPases mediateresistance to zinc poisoning in human macrophages//Cell Host Microbe. 2011. - V.10. - P 248-259.

20. Bremer H. and Dennis P. Feedback control of ribosome function in Escherichia coli//Biochimie. 2008. - V.90, №.3. - P. 493-439.

21. Cappelli G., Volpe E., Grassi M., Liseo B., Colizzi V., Mariani F. Profiling of Mycobacterium tuberculosis gene expression during human macrophage infection: upregulation of the alternative sigma factor G, a group of transcriptional regulators, and proteins with unknown function//Res Microbiol. 2006. - V.157, №.5. - P. 445-455.

22.Cardona P.J. Revisiting the natural history of tuberculosis. The inclusion of constant reinfection, host tolerance, and damage-response frameworks leads to a better understanding of latent infection and its evolution towards active disease//Arch Immunol Ther Exp. 2010. - V.58, №1. - P. 7-14.

23. Ceglowski P., Boitsov A., Karamyan N., Chai S., Alonso J.C. Characterization of the effectors required for stable inheritance of Streptococcus pyogenes pSM19035-derived plasmids in Bacillus subtilis//Mol Gen Genet. 1993. - V.241, №. 5-6. - P. 579-585.

24.Chao M.C-, Rubin E.J. Letting sleeping dos lie: does dormancy play a role in tuberculosis?//Annu Rev Microbiol. 2010. - V. 64. - P. 293-311.

25. Cherny I. and Gazit E. The YefM antitoxin defines a family of natively unfolded proteins: implications as a novel antibacterial target//J Biol Chem. 2004. - V.279, №.9.-P. 8252-8261.

26. Christensen S.K. and Gerdes K. RelE toxins from bacteria and Archaea cleave mRNAs on translating ribosomes, which are rescued by tmRNA//Mol Microbiol. 2003. - V.48, №5. - P. 1389-1400.

27. Christensen S.K., Maenhaut-Michel G., Mine N., Gottesman S., Gerdes K., Van Melderen L. Overproduction of the Lon protease triggers inhibition of translation

in Escherichia coli\ involvement of the yefM-yoeB toxin-antitoxin system//Mol Microbiol. 2004. - V.51, №.6. - P. 1705-1717.

28.Christensen S.K., Mikkelsen M., Pedersen Kv Gerdes K. RelE, a global inhibitor of translation, is activated during nutritional stress//Proc Natl Acad Sci USA. 2001. - V.98, №25. - P. 14328-14333.

29.Christensen S.K., Pedersen K., Hansen F.G., Gerdes K. Toxin-antitoxin loci as stress-response-elements: ChpAK/MazF and ChpBK cleave translated RNAs and are counteracted by tmRNA//J Mol Biol. 2003. - V.332, №.4. - P. 809-819.

30.Christensen-Dalsgaard M., J0rgensen M.G., Gerdes K. Three new RelE-homologous mRNA interferases of Escherichia coli differentially induced by environmental stresses//Mol Microbiol. 2010. - V.75, №.2. - P. 333-348.

31. Clissold P.M. and Ponting C.P. PIN domains in nonsense-mediated mRNA decay and RNAi//Curr Biol. 2000. - V.10, №.24. - P. 888-890.

32. Cole S,T„ Brosch R., Parkhill J., Gamier T., Churcher C., Harris D., Gordon S.V., Eiglmeier K., Gas S., Barry C.E. 3rd., Tekaia F., Badcock K., Basham D., Brown D., Chillingworth T., Connor R., Davies R., Devlin K., Feltwell T., Gentles S., Hamlin N., Holroyd S., Hornsby T., Jagels K., Krogh A., McLean J., Moule S., Murphy L., Oliver K., Osborne J., Quail M.A., Rajandream M.A., Rogers J., Rutter S., Seeger K., Skelton J., Squares R., Squares S., Sulston J.E., Taylor K., Whitehead S., Barrell B.G. Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence//Nature. 1998. - V.393, №.6685. - P. 537-544.

33. Cole S.T., Eiglmeier K., Parkhill J., James K.D., Thomson N.R., Wheeler P.R., Honoré N., Gamier T., Churcher C., Harris D., Mungall K., Basham D., Brown D., Chillingworth T., Connor R., Davies R.M., Devlin K., Duthoy S., Feltwell T., Fraser A., Hamlin N., Holroyd S., Hornsby T., Jagels K., Lacroix C., Maclean J., Moule S., Murphy L., Oliver K., Quail M.A., Rajandream M.A., Rutherford K.M., Rutter S., Seeger K., Simon S., Simmonds M., Skelton J., Squares R., Squares S., Stevens K., Taylor K., Whitehead S., Woodward J.R., Barrell B.G. Massive gene decay in the leprosy bacillus//Nature. 2001. - V.409, №6823. - P. 1007-1011.

34. Colwell R.R., Brayton P.R., Grimes D.J., Roszak D.B., Huq S.A., Palmer L.M. Viable but non-culturable Vibrio cholerae and related pathogens in the environment: implications for release of genetically engineered microorganisms//Nature.l985. -V.3.-P. 817-820.

35.Corper H.J., Cohn M.L. The viability and virulence of old cultures of tubercule bacille. Studies on twelve_year broth cultures maintained at incubator temperature//Am Rev Tuberc. 1933. - V.28. - P. 856-874.

36.Daines D.A., Wu M.H., Yuan S.Y. VapC-1 of nontypeable Haemophilus influenzae is a ribonuclease//J Bacteriol. 2007. - V.189, №.14. - P. 5041-5048.

37.Dalton K.M. and Crosson S. A conserved mode of protein recognition and binding in a ParD-ParE toxin-antitoxin complex//Biochemistry. 2010. - V.49, №.10. - P. 2205-2215.

38. Davis J.M., Ramakrishnan L. The role of the granuloma in expansion and dissemination of early tuberculous infection//Cell. 2009. - V.136, №1. - P. 37-49.

39.de Boer P.A., Crossley R.E., Rothfield L.I. Central role for the Escherichia coli minC gene product in two different cell division inhibition systems//Proc Natl Acad Sci USA. 1990. - V.87, №3. - P. 1129-1133.

40.de la Cueva-Méndez G., Mills A.D., Clay-Farrace L., Díaz-Orejas R., Laskey R.A. Regulatable killing of eukaryotic cells by the prokaryotic proteins Kid and Kis//EMB0 J. 2003. - V.22, №2. - P. 246-251.

41.de Man K and Tolmeijer J.A. Surgical treatment of dislocation of the temporomandibular joint//Ned Tijdschr Geneeskd. 1975. - V.119, №.39. - P. 1498-1501.

42.Domingue G.J. and Woody H.B. Bacterial persistence and expression of disease//Clin Microbiol. Rev. 1997. - V.10, №2. - P.320-344.

43.Donegan N.P., Thompson E.T., Fu Z., Cheung A.L. Proteolytic regulation of toxin-antitoxin systems by ClpPC in Staphylococcus aureus//] Bacteriol. 2010. - V.192, №5.-P. 1416-1422.

44.Durand S., Jahn N., Condon C., Brantl S. Type I toxin-antitoxin systems in Bacillus subtilis//RNA Biol. 2012. - V.9, №12. - P. 1491-1497.

45.Dworkin J., Shah I.M. Exit from dormancy in microbial organisms//Nat Rev Microbiol. 2010. - V.8, №.12. - P. 890-896.

46. Edwards C. Problems posed by natural environments for monitoring microorganisms//Mol Biotechnol. 2002. - V.15 - P. 211-223.

47. Eisenreich W., Dandekar T., Heesemann J., Goebel W. Carbon metabolism of intracellular bacterial pathogens and possible links to virulence//Nat Rev Microbiol. 2010. - V.8, №.6. - P. 401-412.

48. Emond E., Dion E., Walker S.A., Vedamuthu E.R., Kondo J.K., Moineau S. AbiQ, an abortive infection mechanism from Lactococcus lactis//Appl Environ Microbiol. 1998. - V.64, №12. - P. 4748-4756.

49.EngeIberg-KuIka H., Hazan R., Amitai S. mazEF: a chromosomal toxin-antitoxin module that triggers programmed cell death in bacteria//J Cell Sci. 2005. -V.118, №.19. - P. 4327-4332.

50.Faridani O.R., Nikravesh A., Pandey D.P., Gerdes K., Good L. Competitive inhibition of natural antisense Sok-RNA interactions activates Hok-mediated cell killing in Escherichia coii//Nucleic Acids Res. 2006. - V.34, №20. - P. 5915-5922.

51.Fenhalls G., Stevens L., Moses L., Bezuidenhout J., Betts J.C., Helden Pv. Pv., Lukey P.T., Duncan K. In situ detection of Mycobacterium tuberculosis transcripts in human lung granulomas reveals differential gene expression in necrotic lesions//Infect Immun. 2002. - V.70, №11. - P. 6330-6338.

52.Fernandes N.D., Wu Q.L., Kong D., Puyang X., Garg S., Husson R.N. A mycobacterial extracytoplasmic sigma factor involved in survival following heat shock and oxidative stress//J Bacteriol. 1999. - V.181, №.14. - P. 4266-4274.

53. Fineran P.C., Blower T.R., Foulds I.J., Humphreys D.P., Lilley K.S., Salmond G.P. The phage abortive infection system, ToxIN, functions as a protein-RNA toxin-antitoxin pair//Proc Natl Acad Sci USA. 2009. - V.106, №.3. - P. 894-899.

54.Fleischmann R.D., Alland D.; Eisen J.A., Carpenter L., White 0., Peterson J., DeBoy R., Dodson R., Gwinn M., Haft D., Hickey E., Kolonay J.F., Nelson W.C., Umayam L.A., Ermolaeva M., Salzberg S.L., Delcher A., Utterback T., Weidman J., Khouri H., Gill J., Mikula A., Bishai W., Jacobs W.R. Jr., Venter J.C., Fraser C.M. Whole-genome comparison of Mycobacterium tuberculosis clinical and laboratory strains//J Bacteriol. 2002. - V.184, №.19. - P. 5479-5490.

55.Fontán P., Aris V., Ghanny S., Soteropoulos P., Smith I. Global transcriptional profile of Mycobacterium tuberculosis during THP-1 human macrophage infection//Infect immun. 2008. - V.76, №.2. - P. 717-725.

56.Fozo E.M. New type I toxin-antitoxin families from "wild" and laboratory strains of E. colh lbs-Sib, ShoB-OhsC and Zor-Orz//RNA Biol. 2012. - V.9, №12. - P. 1504-1512.

57.Fozo E.M., Hemm M.R., Storz G. Small toxic proteins and the antisense RNAs that repress them//Microbiol Mol Biol Rev. 2008. - V.72, №.4. - P. 579-589.

58. Fozo E.M., Makarova K.S., Shabalina S.A., Yutin N., Koonin E.V., Storz G. Abundance of type I toxin-antitoxin systems in bacteria: searches for new candidates and discovery of novel families//Nucleic Acids Res. 2010. - V.38, №11.-P. 3743-3759.

59. Frampton R., Aggio R.B., Villas-Boas S.G., Arcus V.L., Cook G.M. Toxin-antitoxin systems oí Mycobacterium smegmatis are essential for cell survival//J Biol Chem. 2012. - V.287, №.8. - P. 5340-5356.

60.Franch T. and Gerdes K. Programmed cell death in bacteria: translational repression by mRNA end-pairing//Mol Microbiol. 1996. - V.21, №5. - P. 10491060.

61. Galvani C., Terry J., Ishiguro E.E. Purification of the RelB and RelE proteins of Escherichia coli: RelE binds to RelB and to ribosomes//J Bacteriol. 2001. - V.183, №.8. - P. 2700-2703.

62.Garcia-Pino A., Balasubramanian S., Wyns L., Gazit E., De Greve H., Magnuson R.D., Charlier D., van Nuland N.A., Loris R. Allostery and intrinsic disorder

mediate transcription regulation by conditional cooperativity//Cell. 2010. -V.142, №1.- P. 101-111.

63.Garcia-Pino A., Christensen-Dalsgaard M., Wyns L., Yarmolinsky M., Magnuson R.D., Gerdes K., Loris R. Doc of prophage PI is inhibited by its antitoxin partner Phd through fold complementation//] Biol Chem. 2008. - V.283, №.45. - P. 30821-30827.

64.Garcia-Pino A., Dao-Thi M.H., Gazit E., Magnuson R.D., Wyns L., Loris R. Crystallization of Doc and the Phd-Doc toxin-antitoxin complex//Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. 2008. - V.64, №.11. - P. 1034-1038.

65.Garton N.J., Waddell S.J., Sherratt A.L., Lee S.M., Smith R.J., Senner C., Hinds J., Rajakumar K., Adegbola R.A., Besra G.S., Butcher P.D., Barer M.R. Cytological and transcript analyses reveal fat and lazy persister-like bacilli in tuberculous sputum//PLoS Med. 2008. - V. 5, №.4. - e75.

66. Gazit E. and Sauer R.T. The Doc toxin and Phd antidote proteins of the bacteriophage PI plasmid addiction system form a heterotrimeric complex//J Biol Chem. 1999. - V.274, №.24. - P. 16813-16818.

67. Gerdes K. and Wagner E.G. RNA antitoxins//Curr Opin Microbiol. 2007. - V.10, №2.-P. 117-124

68. Gerdes K., Bech F.W., j0rgensen S.T., L0bner-Olesen A., Rasmussen P.B., Atlung T., Boe L., Karlstrom 0., Molin S., von Meyenburg K. Mechanism of postsegregational killing by the hok gene product of the parB system of plasmid R1 and its homology with the relF gene product of the E. coli relB operon//EMBO J. 1986. - V.5, №.8. - P. 2023-2039.

69. Gerdes K., Christensen S.K., L0bner-Olesen A. Prokaryotic toxin-antitoxin stress response loci//Nat Rev Microbiol. 2005. - V.3, №5. - P. 371-382.

70. Gerdes K., Nielsen A., Thorsted P., Wagner E.G. Mechanism of killer gene activation. Antisense RNA-dependent RNase III cleavage ensures rapid turn-over of the stable hok, srnB and pndA effector messenger RNAs//] Mol Biol. 1992. -V.226, №3. - P. 637-649.

71.Gerdes K., Rasmussen P.B., Molin S. Unique type of plasmid maintenance function: postsegregational killing of plasmid-free cells//Proc Natl Acad Sci USA. 1986. - V. 83, №. 10. - P. 3116-3120.

72. Gotfredsen M. and Gerdes K. The Escherichia coli relBE genes belong to a new toxin-antitoxin gene family//Mol Microbiol. 1998. - V.29, №.4. - P. 1065-1076.

73. Gotfredsen M. and Gerdes K. The Escherichia coli relBE genes belong to a new toxin-antitoxin gene family//Mol Microbiol. 1998. - V.29, №.4. - P. 1065-1075.

74. Grady R. and Hayes F. Axe-Txe, a broad-spectrum proteic toxin-antitoxin system specified by a multidrug-resistant, clinical isolate of Enterococcus faecium//Mol Microbiol. 2003. - V.47, №.5. - P. 1419-1432.

75.Guglielmini J., and Van Melderen L. Bacterial toxin-antitoxin systems: Translation inhibitors everywhere//Mob Genet Elements. 2011. - V.l, №.4. - P. 283-290.

76. Guo M., Feng H., Zhang J., Wang W., Wang Y., Li Y„ Gao C., Chen H., Feng Y., He Z.G. Dissecting transcription regulatory pathways through a new bacterial one-hybrid reporter system//Genome Res. 2009. - V.19. - P 1301-1308.

77. Gupta A. Killing activity and rescue function of genome-wide toxin-antitoxin loci of Mycobacterium tuberculosis//FEMS Microbiol. Lett. 2009. V.290. P. 45-53.

78. Gurnev P.A., Ortenberg R., Dorr T., Lewis K., Bezrukov S.M. Persister-promoting bacterial toxin TisB produces anion-selective pores in planar lipid bilayers//FEBS Lett. 2012. - V.586, №.16. - P. 2529-2534.

79. Hallez R., Geeraerts D., Sterckx Y., Mine N., Loris R., Van Melderen L. New toxins homologous to ParE belonging to three-component toxin-antitoxin systems in Escherichia coli 0157:H7//Mol Microbiol. 2010. - V.76, №.3. - P 719-732.

80. Hansen S., Vulic M., Min J., Yen T.J., Schumacher M.A., Brennan R.G., Lewis K. Regulation of the Escherichia coli HipBA toxin-antitoxin system by proteolysis//PLoS One. 2012. - V.7, №6. - e39185.

81. Harrison J.J., Wade W.D., Akierman S., Vacchi-Suzzi C., Stremick C.A., Turner R.J., Ceri H. The chromosomal toxin gene yafQ is a determinant of multidrug tolerance for Escherichia coli growing in a biofilm//Antimicrob Agents Chemother. 2009. - V.53, №.6. - P. 2253-2258.

82. Hayes F and Van Melderen L. Toxins-antitoxins: diversity, evolution and function//Crit Rev Biochem Mol Biol. 2011. - V.46, №.5. - P. 386-408.

83.Hengge-Aronis R. Back to log phase: sigma S as a global regulator in the osmotic control of gene expression in Escherichia coli//Mol Microbiol. 1996. - V.21, №.5. - P. 887-893.

84.Holmquist L. and Kjelleberg S. Changes in viability, respiration activity and morphology of the marine Vibrio sp. strain S14 during starvation of individual nutrients and subsequent recovery//FEMS Microbiol. Ecol. 1993. - V.12. - P. 215-224.

85. Holms H. Flux analysis and control of the central metabolic pathways in Escherichia co////FEMS Microbiol Rev. 1996. - V.19, №.2. - P. 85-116.

86. Holms H. Flux analysis: A basic tool of microbial physiology//Adv Microb Physiol. 2001.-V.45. P. 271-340.

87.Homolka S., Niemann S., Russell D.G., Rohde K.H. Functional genetic diversity among Mycobacterium tuberculosis complex clinical isolates: delineation of conserved core and lineage-specific transcriptomes during intracellular survival//PLoS Pathog. 2010. - V.8, №.7. - el000988.

88. Honer zu Bentrup K. and Russell D.G. Mycobacterial persistence: adaptation to a changing environment//Trends Microbiol. 2001. - V.9, №.12. - P. 597-605.

89. Hu Y. and Coates A.R. Increased levels of sigj mRNA in late stationary phase cultures of Mycobacterium tuberculosis detected by DNA array hybridization//FEMS Microbiol Lett. 2001. - V.202, №.1. - P. 59-65.

90. Hu Y. and Coates A.R. Transcription of two sigma 70 homologue genes, sigA and sigB, in stationary-phase Mycobacterium tuberculosis//Bacteriol. 1999. - V.181, №.2. - P. 469-476.

91.Huisman 0., D'Ari R., Gottesman S. Cell-division control in Escherichia coli: specific induction of the SOS function SfiA protein is sufficient to block septation//Proc Natl Acad Sci USA. 1984. - V.81, №14. - P. 4490-4494.

92. Hurley J.M. and Woychik N.A. Bacterial toxin HigB associates with ribosomes and mediates translation-dependent mRNA cleavage at A-rich sites//J Biol Chem. 2009. - V.284, №.28. - P. 18605-18613.

93. Islam M.S., Hasan M.K., Miah M.A., Sur G.C., Felsenstein A., Venkatesan M., Sack R.B., Albert M.J. Use of the polymerase chain reaction and fluorescent-antibody methods for detecting viable but nonculturable Shigella dysenteriae type 1 in laboratory microcosms//Appl Environ Microbiol. 1993. - V.59, №2. - P. 536540.

,94.Iwai N., Nagai K., Wachi M. Novel S-benzylisothiourea compound that induces spherical cells in Escherichia coli probably by acting on a rod-shape-determining protein(s) other than penicillin-binding protein 2//Biosci Biotechnol Biochem. 2002. - V.66, №12. - P. 2658-2662.

95.Jaffe A., Ogura T., Hiraga S. Effects of the ccd function of the F plasmid on bacterial growth//J Bacteriol.1985. - V.163, №.3. - P. 841-849.

96.Jain V., Saleem-Batcha R., China A., Chatterji D. Molecular dissection of the mycobacterial stringent response protein Rel//Protein Sci. 2006. - V.15, №.6. -P. 1449-1464.

97. Jensen R.B. and Gerdes K. Programmed cell death in bacteria: proteic plasmid stabilization systems//Mol Microbiol. 1995. - V.17, №.2. - P. 205-210.

98. Jiang Y., Pogliano J., Helinski D.R., Konieczny I. ParE toxin encoded by the broad-host-range plasmid RK2 is an inhibitor of Escherichia coli gyrase//Mol Microbiol. 2002. - V.44, №.4. - P. 971-979.

99.j0rgensen M.G., Pandey D.P., Jaskolska M., Gerdes K. HicA of Escherichia coli defines a novel family of translation-independent mRNA interferases in bacteria and archaea//J Bacteriol. 2009. - V.191, №4. - P. 1191-1199.

100.Kamada K., Hanaoka F., Burley S.K. Crystal structure of the MazE/MazF complex: molecular bases of antidote-toxin recognition//Mol Cell. 2003. - V.ll, №.4. - P. 875-884.

101.Kaprelyants A.S. and Kell D.B. Dormancy in stationary-phase cultures of Micrococcus luteus - flow cytometric analysis of starvation and resuscitation//Appl Environ Microbiol. 1993. - V.59. - P. 3187-3196.

102.Kaprelyants A.S., Gottschal J.C., Kell D. B. Dormancy in non-sporulating bacteria//FEMS Microbiol Rev. 1993. - V.104. - P. 271-286.

103.Karakousis P.C., Yoshimatsu T., Lamichhane G., Woolwine S.C., Nuermberger E.L., Grosset J., Bishai W.R. Dormancy phenotype displayed by extracellular Mycobacterium tuberculosis within artificial granulomas in mice//J Exp Med. 2004. - V.200, №.5. - P. 647-657.

104.Kawano M. Divergently overlapping cis-encoded antisense RNA regulating toxin-antitoxin systems from E. coli: hok/sok, ldr/rdl, symE/symR//RNA Biol. 2012. - V.9, №12.-P. 1520-1527.

105.Kawano M., Aravind L., Storz G. An antisense RNA controls synthesis of an SOS-induced toxin evolved from an antitoxin//Mol Microbiol. 2007. - V.64, №3. - P. 738754.

106.Kawano M. Divergently overlapping cis-encoded antisense RNA regulating toxin-antitoxin systems from E. coli: hok/sok, ldr/rdl, symE/symR//RNA Biol. 2012. - V.9, №.12.-P. 1520-1527.

107.Keep N.H., Ward J.M., Cohen-Gonsaud M., Henderson B. Wake up! Peptidoglycan lysis and bacterial non-growth states//Trends Microbiol. 2006. - V.14, №.6. - P. 271276.

108.Kell D. B. and Kaprelyants A. S. Formation and resuscitation of "non-culturable" cells of Rhodococcus rhodochrous and Mycobacterium tuberculosis in prolonged stationary phase//Microbiology. 2002. - V.148. - P. 1581-1591.

109.Kendall S.L., Rison S.C., Movahedzadeh F., Frita R., Stoker N.G. What do microarrays really tell us about Mycobacterium tuberculosis!//Trends Microbiol. 2004. - V.12, №.12. - P. 537-544.

110.Keren I., Minami S., Rubin E., Lewis K. Characterization and transcriptome analysis of Mycobacterium tuberculosis persisters//mBio. 2011. - V.2/ - eOOlOO-eOOlll.

111.Keren I., Shah D., Spoering A., Kaldalu N., Lewis K. Specialized persister cells and the mechanism of multidrug tolerance in Escherichia coli//] Bacteriol. 2004. - V.186, №.24.-P. 8172-8180.

112.Khomenko A.G. and Golyshevskaya V.l. Filtrable forms of mycobacteria tuberculosis //Z Erkr Atmungsorgane. 1984. - V.162, №.2. - P. 147-154.

113.Klieneberg-Nobel E. Filterable forms of bacteria//Bacteriol Rev. 1951. - V.15. - P. 77-103.

114.Koch A.L. Bacterial choices for the consumption of multiple resources for current and future needs//Microb Ecol. 2005. - V.49, №.2. - P. 183-197.

115.Kolodkin-Gal I., Engelberg-Kulka H. The stationary-phase sigma factor sigma(S) is responsible for the resistance of Escherichia coli stationary-phase cells to mazEF-mediated cell death//J Bacteriol. 2009. - V.191, №.9. - P. 3177-3182.

116.Kolodkin-Gal I., Verdiger R., Shlosberg-Fedida A., Engelberg-Kulka H. A differential effect of E. coli toxin-antitoxin systems on cell death in liquid media and biofilm formation//PLoSOne. 2009. - V.4, № 8. - e6785.

117.Korch S.B., Contreras H., Clark-Curtiss J.E. Three Mycobacterium tuberculosis Rel toxin-antitoxin modules inhibit mycobacterial growth and are expressed in infected human macrophages///. Bacteriol. 2009. - V.191. - P. 1618-1630.

118.Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4//Nature. 1970. - V.227, №.5259. - P. 680-685.

119.Lah J., Marianovsky I., Glaser G., Engelberg-Kulka H., Kinne J., Wyns L., Loris R. Recognition of the intrinsically flexible addiction antidote MazE by a dromedary

single domain antibody fragment. Structure, thermodynamics of binding, stability, and influence on interactions with DNA//J Biol Chem. 2003. - V.278, №16. - P. 14101-14111.

120.Lah J., Simic M., Vesnaver G., Marianovsky I., Glaser G., Engelberg-Kulka H„ Loris R. Energetics of structural transitions of the addiction antitoxin MazE: is a programmed bacterial cell death dependent on the intrinsically flexible nature of the antitoxins?//} Biol Chem. 2005. - V.280, №17. - P. 17397-17407.

121.Lehnherr H. and Yarmolinsky M.B. Addiction protein Phd of plasmid prophage PI is a substrate of the ClpXP serine protease of Escherichia coli//Proc Natl Acad Sci USA. 1995. - V.92, №8. - P. 3274-3277.

122.Lehnherr H., Maguin E., Jafri S., Yarmolinsky M.B. Plasmid addiction genes of bacteriophage PI: doc, which causes cell death on curing of prophage, and phd, which prevents host death when prophage is retained//] Mol Biol. 1993. - V.233, №.3. - P. 414-428.

123.Lennon J.T. and Jones S.E. Microbial seed banks: the ecological and evolutionary implications of dormancy//Nat Rev Microbiol. 2011. - V.9, №.2 - P. 119-130.

124.Lerat E. and Ochman H. Recognizing the pseudogenes in bacterial genomes//Nucleic Acids Res. 2005. - V.33, №.10. - P. 3125-3132.

125.Lewis K. Persister cells, dormancy and infectious disease//Nat Rev Microbiol. 2007. -V.5, №.1.-P. 48-56.

126.Li A.H., Waddell S.J., Hinds J., Malloff C.A., Bains M„ Hancock R.E., Lam W.L., Butcher P.D., Stokes R.W. Contrasting transcriptional responses of a virulent and an attenuated strain of Mycobacterium tuberculosis infecting macrophages//PLoS One. 2010.-V.5, №.6.-ell066.

127.Li G.Y., Zhang Y., Inouye M., Ikura M. Inhibitory mechanism of Escherichia coli RelE-RelB toxin-antitoxin module involves a helix displacement near an mRNA interferase active site//J Biol Chem. 2009. - V.284, №.21. - P. 14628-14636.

128.Lioy V.S., Machon C., Tabone M., Gonzalez-Pastor J.E., Daugelavicius R., Ayora S., Alonso J.C. The ^ toxin induces a set of protective responses and dormancy//PLoS One. 2012. - V.7, №.1. - :e30282.

129.Liu M., Zhang Y., Inouye M., Woychik N.A. Bacterial addiction module toxin Doc inhibits translation elongation through its association with the 30S ribosomal subunit//Proc Natl Acad Sci USA. 2008. - V.105, №15. - P. 5885-5890.

130.Liu M., Zhang Y., Inouye M., Woychik N.A. Bacterial addiction module toxin Doc inhibits translation elongation through its association with the 30S ribosomal subunit//Proc Natl Acad Sci USA. 2008. - V.105, №.15. - P. 5885-5890.

131.Lorenz M.C., and Fink G.R. The glyoxylate cycle is required for fungal virulence//Nature. 2001. - V.412, №.6842. - P. 83-86.

132.Loris R., Marianovsky I., Lah J., Laeremans T., Engelberg-Kulka H., Glaser G., Muyldermans S., Wyns L. Crystal structure of the intrinsically flexible addiction antidote MazE//J Biol Chem. 2003. - V. 278, №30,- P. 28252-28257.

133.Magnuson R. and Yarmolinsky M.B. Corepression of the PI addiction operon by Phd and Doc//J Bacteriol. 1998. - V.180, №.23. - P. 6342-6351.

134.Magnuson R., Lehnherr H., Mukhopadhyay G., Yarmolinsky M.B. Autoregulation of the plasmid addiction operon of bacteriophage P1//J Biol Chem. 1996. - V.271, №.31. - P. 18705-18710.

135.Magnuson R.D. Hypothetical functions of toxin-antitoxin systems//J Bacteriol. 2007. - V.189, №.17. - P. 6089-6092.

136.Maisonneuve E., Castro-Camargo M., Gerdes K. (p)ppGpp controls bacterial persistence by stochastic induction of toxin-antitoxin activity//Cell. 2013. - V.154, №.5.-P. 1140-1150.

137.Maisonneuve E., Shakespeare L.J., j0rgensen M.G., Gerdes K. Bacterial persistence by RNA endonucleases//Proc Natl Acad Sci USA. 2011. - V.108, №.32. - P. 1320613211.

138.Makarova K.S., Wolf Y.I., Koonin E.V. Comprehensive comparative-genomic analysis of type 2 toxin-antitoxin systems and related mobile stress response systems in prokaryotes//Biol Direct. 2009. - V. 4, №.19. - doi: 10.1186/1745-6150-4-19.

139.Manabe Y.C. and Bishai W.R. Latent Mycobacterium tuberculosis-persistence, patience, and winning by waiting//Nat Med. 2000. - V.6, №.12. - P. 1327-1329.

140.Manganelli R., Dubnau E., Tyagi S., Kramer F.R., Smith I. Differential expression of 10 sigma factor genes in Mycobacterium tuberculosis//Mol Microbiol. 1999. - V. 31, №.2.-P. 715-724.

141.Manganelli R., Prowedi R., Rodrigue S., Beaucher J., Gaudreau L., Smith I. Sigma factors and global gene regulation in Mycobacterium tuberculosis//] Bacteriol. 2004. -V.186, №.4. - P. 895-902.

142.ManganelIi R., Voskuil M.I., Schoolnik G.K., Dubnau E., Gomez M., Smith I. Role of the extracytoplasmic-function sigma factor sigma(H) in Mycobacterium tuberculosis global gene expression//Mol Microbiol. 2002. - V.45, №.2. - P. 365-374.

143.Marianovsky I., Aizenman E., Engelberg-Kulka H., Glaser G. The regulation of the Escherichia coli mazEF promoter involves an unusual alternating palindrome//J Biol Chem. 2001. - V.276, №.8. - P. 5975-5984.

144.Masuda H., Tan Q., Awano N., Wu K.P., Inouye M. YeeU enhances the bundling of cytoskeletal polymers of MreB and FtsZ, antagonizing the CbtA (YeeV) toxicity in Escherichia coli//Mol Microbiol. 2012. - V.84, №.5. - P. 979-989.

145.MasudaY., Miyakawa K., Nishimura Y., Ohtsubo E. chpA and chpB, Escherichia coli chromosomal homologs of the pem locus responsible for stable maintenance of Plasmid R100//J Bacteriol. 1993. - V.175, №.21. - P. 6850-6856.

146.Mattison K., Wilbur J.S., So M., Brennan R.G. Structure of FitAB from Neisseria gonorrhoeae bound to DNA reveals a tetramer of toxin-antitoxin heterodimers containing pin domains and ribbon-helix-helix motifs//J Biol Chem. 2006. - V. 281, №.49 - P. 37942-37951.

147.McCune R.M., Feldmann F.M., Lambert H.P., McDermott W. Microbial persistence. I. The capacity of tubercle bacilli to survive sterilization in mouse tissues//J Exp Med. 1966. - V.123, №3. - P. 445-468.

148.McKenzie J.L., Duyvestyn J.M., Smith T., Bendak K., Mackay J., Cursons R., Cook G.M., Arcus V.L. Determination of ribonuclease sequence-specificity using pentaprobes and mass spectrometry//RNA. 2012. - V.18, №.6. - P. 1267-1278.

149.McKinney J.D., Honer zu Bentrup K., Muñoz-Elias E.J., Miczak A., Chen B., Chan W.T., Swenson D., Sacchettini J.C., Jacobs W.R. Jr., Russell D.G. Persistence of Mycobacterium tuberculosis in macrophages and mice requires the glyoxylate shunt

enzyme isocitrate lyase//Nature. 2000. - V.406, №.6797. - P. 735-738.

t

150.Miallau L., Faller M., Chiang J., Arbing M., Guo F., Cascio D., Eisenberg D. Structure and proposed activity of a member of the VapBC family of toxin-antitoxin systems. VapBC-5 from Mycobacterium tuberculosis//] Biol Chem. 2009. - V.284, №.1. - P. 276283.

151.MicheleT.M., Ko C., Bishai W.R. Exposure to antibiotics induces expression of the Mycobacterium tuberculosis sigF gene: implications for chemotherapy against mycobacterial persisters//Antimicrob Agents Chemother. 1999. - V.43, №.2. - P. 218225.

152.Min A.B., Miallau L., Sawaya M.R., Habel J., Cascio D., Eisenberg D. The crystal structure of the Rv0301-Rv0300 vapBC-3 toxin-antitoxin complex from Mycobacterium tuberculosis reveals a Mg2+ ion in the active site and a putative RNA-binding site//Protein Sci. 2012. - V.21, №.11. - P. 1754-1767.

153.Motiejünaite R., Armalyte J., Markuckas A., Suziedeliene E. Escherichia coli dinj-yafQ genes act as a toxin-antitoxin module//FEMS Microbiol Lett. 2007. - V.268, №1. -P. 112-119.

154.Moyed H.S. and Bertrand K.P. hipA, a newly recognized gene of Escherichia coli K-12 that affects frequency of persistence after inhibition of murein synthesis//J Bacteriol. 1983. - V.155, №.2. - P. 768-775.

155.Moyed H.S. and Broderick S.H. Molecular cloning and expression of hipA, a gene of Escherichia coli K-12 that affects frequency of persistence after inhibition of murein synthesis//J Bacteriol. 1986. - V.166, №.2. - P. 399-403.

156.Mukamolova G.V., Kaprelyants A.S., Kell D.B., Young M. Adoption of the transiently non-culturable state-a bacterial survival strategy?//Adv Microb Physiol. 2003. -V.47. - P. 65-129.

157.Munoz-Elias E.J. and McKinney J.D. Carbon metabolism of intracellular bacteria//CeIl Microbiol. 2006. - V.8, №.1. - P. 10-22.

158.Mutschler H;. Gebhardt M., Shoeman R.L., Meinhart A. A novel mechanism of programmed cell death in bacteria by toxin-antitoxin systems corrupts peptidoglycan synthesis//PLoS Biol. 2011. - V.9, №.3. - el001033.

159.Mutschler H. and Meinhart A. e/I, systems: their role in resistance, virulence, and their potential for antibiotic development//J Mol Med (Berl). 2011. - V.89, №12. - P. 1183-1194.

160.0'Toole R., Smeulders M.J., Blokpoel M.C., Kay E.J., Lougheed K., Williams H.D. A two-component regulator of universal stress protein expression and adaptation to oxygen starvation in Mycobacterium smegmatis//J Bacteriol. 2003. - V.185, №5. - P. 1543-1554.

161.0berer M., Zangger K., Gruber K., Keller W. The solution structure of ParD, the antidote of the ParDE toxin antitoxin module, provides the structural basis for DNA and toxin binding//Protein Sci. 2007. - V. 16, №.8. - P. 1676-1688.

162.0chman H. and Davalos L.M. The nature and dynamics of bacterial genomes//Science. 2006. - V.311, №.5768. - P. 1730-1733.

163.0gata H., Audic S., Renesto-Audiffren P., Fournier P.E., Barbe V., Samson D., Roux V., Cossart P., Weissenbach J., Claverie J.M., Raoult D. Mechanisms of evolution in Rickettsia conorii and R. prowazekii//Science. 2001. - V.293, №5537. - P. 2093-2098.

164.0gura T. and Hiraga S. Partition mechanism of F plasmid: two plasmid gene-encoded products and a cis-acting region are involved in partition//Cell. 1983. - V.32, №.2.-P. 351-360.

165.01iver J.D. The viable but nonculturable state in bacteria//J Microbiol. 2005. -V.43, special №. - P. 93-100.

166.0pperman T., Murli S., Smith B.T., Walker G.C. A model for a umuDC-dependent prokaryotic DNA damage checkpoint//Proc Natl Acad Sci USA. 1999. - V.96, №.16. -P. 9218-9223.

167.0vergaard M., Borch J., Gerdes K. RelB and RelE of Escherichia coii form a tight complex that represses transcription via the ribbon-helix-helix motif in RelB//J Mol Biol. 2009. - V.394, №.2. - P. 183-196.

168.0vergaard M., Borch J., J0rgensen M.G., Gerdes K. Messenger RNA interferase RelE controls relBE transcription by conditional cooperativity//Mol Microbiol. 2008. -V.69, №4. - P. 841-857.

169.Pandey D.P. and Gerdes K. Toxin-antitoxin loci are highly abundant in free-living but lost from host-associated prokaryotes//Nucleic Acids Res. 2005. - V.33, № 3. - P. 966-976.

170.Park H.D., Guinn K.M., Harrell M.I. Liao R., Voskuil M.I., Tompa M., Schoolnik G.K., Sherman D.R. Rv3133c/dosR is a transcription factor that mediates the hypoxic response of Mycobacterium tuberculosis//Mol Microbiol. 2003. - V.48, №.3. - P. 833843.

171.Pedersen K. and Gerdes K. Multiple hok genes on the chromosome of Escherichia co////MoI Microbiol. 1999. - V.32, №.5. - P. 1090-10102.

172.Pedersen K., Christensen S.K., Gerdes K. Rapid induction and reversal of a bacteriostatic condition by controlled expression of toxins and antitoxins//Mol Microbiol. 2002. - V.45, №.2. - P. 501-510.

173.Pedersen K., Zavialov A.V., Pavlov M.Y., Elf J., Gerdes K., Ehrenberg M. The bacterial toxin RelE displays codon-specific cleavage of mRNAs in the ribosomal A site//Cell. 2003. - V.112, №.1. - P. 131-140.

174.Pelicic V., Jackson M., Reyrat J.M., Jacobs W.R. Jr., Gicquel B., Guilhot C. Efficient allelic exchange and transposon mutagenesis in Mycobacterium tuberculosis//Proc Natl Acad Sci USA. 1997. - V.94, №.20. - P. 10955-10960.

175.Pendzich J., Maksymowicz-Mazur W., Mazurek U., Dworniczak S., Oklek K., Kozielski J., Wilczok T. Quantitative analysis of sigma genes expression in Mycobacterium tuberculosis cultures exposed to rifampicin and isoniazid//Wiad Lek. 2004. - V.57, №.5-6. - P. 233-240.

176.Pichoff S. and Lutkenhaus J.J. Escherichia coli division inhibitor MinCD blocks septation by preventing Z-ring formation Bacteriol. 2001. - V,183, №22. - P. 66306635.

177.Prowedi R., Boldrin F., Falciani F., Palü G., Manganelli R. Global transcriptional response to vancomycin in Mycobacterium tuberculosis//Microbiology. 2009. - V.155, №.4.-P. 1093-10102.

178.Prysak M.H., Mozdzierz C.J., Cook A.M., Zhu L., Zhang Y., Inouye M., Woychik N.A. Bacterial toxin YafQ is an endoribonuclease that associates with the ribosome and blocks translation elongation through sequence-specific and frame-dependent mRNA cleavage//Mol Microbiol. 2009. - V.71, №.5. - P. 1071-1087.

179.Pullinger G.D. and Lax A.J. A Salmonella dublin virulence plasmid locus that affects bacterial growth under nutrient-limited conditions//Mol Microbiol. 1992. - V.6, №.12.-P. 1631-1643.

180.Rachman H., Strong M., Schaible U., Schuchhardt J., Hagens K., Mollenkopf H., Eisenberg D., Kaufmann S.H. Mycobacterium tuberculosis gene expression profiling within the context of protein networks//Microbes Infect. 2006. - V.8, №.3. - P. 747757.

181.Rachman H., Strong M., Ulrichs T., Grode L., Schuchhardt J., Mollenkopf H., Kosmiadi G.A., Eisenberg D., Kaufmann S.H. Unique transcriptome signature of Mycobacterium tuberculosis in pulmonary tuberculosis //Infect Immun. 2006. - V.74, №.2.-P. 1233-1242.

182.Ramage H.R., Connolly L.E., Cox J.S. Comprehensive functional analysis of Mycobacterium tuberculosis toxin-antitoxin systems: implications for pathogenesis, stress responses, and evolution//PLoS Genet. 2009. -V.5, №.12. -el000767.

183.Raman S., Hazra R., Dascher C.C., Husson R.N. Transcription regulation by the Mycobacterium tuberculosis alternative sigma factor SigD and its role in virulence//J Bacteriol. 2004. - V.186, №.19. - P. 6605-6616.

184.Raman S., Song T., Puyang X., Bardarov S., Jacobs W.R. Jr., Husson R.N. The alternative sigma factor SigH regulates major components of oxidative and heat stress responses in Mycobacterium tuberculosis//J Bacteriol. 2001. - V.183, №.20. - P. 61196125.

185.Rodrigue S„ Prowedi R., Jacques P.E., Gaudreau L., Manganelli R. The sigma factors of Mycobacterium tuberculosis//FEMS Microbiol Rev. 2006. - V. 30, №.6. - P. 926-941.

186.Rohde K.H., Abramovitch R.B., Russell D.G. Mycobacterium tuberculosis invasion of macrophages: linking bacterial gene expression to environmental cues//Cell Host Microbe. 2007. - V.2, №.5. - P. 352-364.

187.Rustad T.R., Harrell M.I., Liao R., Sherman D.R. The Enduring Hypoxic Response of Mycobacterium tuberculosis//PLoS ONE. 2008. - V.3, №.1. - el502.

188.Rustad T.R., Sherrid A.M., Minch K.J., Sherman D.R. Hypoxia: a window into Mycobacterium tuberculosis latency//Cell Microbiol. 2009. - V.ll, №.8. - P. 11511159.

189.Rybtke M.T., Jensen P.0., H0iby N., Givskov M., Tolker-Nielsen T., Bjarnsholt T. The implication of Pseudomonas aeruginosa biofilms in infections//Inflamm Allergy Drug Targets. 2011. - V.10, №2. - P. 141-157.

190.Sala A., Bordes P., Genevaux P. Multiple toxin-antitoxin systems in Mycobacterium tuberculosis//Toxins (Basel]. 2014. - V.6, №3. - P. 1002-1020.

191.Sat B., Hazan R., Fisher T., Khaner H., Glaser G., Engelberg-Kulka H. Programmed cell death in Escherichia coli: some antibiotics can trigger mazEF lethality//J Bacteriol. 2001. - V.183, №.6. - P. 2041-2045.

192.Scherrer R. and Moyed H.S. Conditional impairment of cell division and altered lethality in hipA mutants of Escherichia coli K-12//] Bacteriol. 1988. - V.170, №.8. - P. 3321-3326.

193.Schifano J.M., Edifor R., Sharp J.D., Ouyang M., Konkimalla A., Husson R.N., Woychik N.A. Mycobacterial toxin MazF-mt6 inhibits translation through cleavage of 23S rRNA at the ribosomal A site//Proc Natl Acad Sci USA. 2013. - V.110, №.21. - P. 8501-8506.

194.Schnappinger D., Ehrt S., Voskuil M.I., Liu Y., Mangan J.A., Monahan I.M., Dolganov G., Efron B., Butcher P.D., Nathan C., Schoolnik G.K. Transcriptional Adaptation of Mycobacterium tuberculosis within Macrophages: Insights into the Phagosomal Environment//! Exp Med. 2003. - V.198, №.5. - P. 693-704.

195.Schuessler D.L., Cortes T., Fivian-Hughes A.S., Lougheed K.E., Harvey E., Buxton R.S.,Davis E.O., Young D.B. Induced ectopic expression of HigB toxin in Mycobacterium tuberculosis results in growth inhibition, reduced abundance of a subset of mRNAs and cleavage of tmRNA//Mol Microbiol. 2013. - V.90. - P 195-207.

196.Schumacher M.A., Piro K.M., Xu W., Hansen S., Lewis K., Brennan R.G. Molecular mechanisms of HipA-mediated multidrug tolerance and its neutralization by HipB//Science. 2009. - V.323, №.5912. - P. 396-401.

197.Schureck M.A., Maehigashi T., Miles S.J., Marquez J., Cho S.E., Erdman R.; Dunham C.M. Structure of the Proteus vulgaris HigB-(HigA)2-HigB toxin-antitoxin complex//J Biol Chem. 2014. - V.289, №.2. - P. 1060-1070.

198.Schuster C.F. and Bertram R. Toxin-antitoxin systems are ubiquitous and versatile modulators of prokaryotic cell fate//FEMS Microbiol Lett. 2013. - V.340, №2. - P 7385.

199.Sever J., Youmans G.P. The enumeration of nonpathogenic viable tubercle bacilli from the organs of mice//Am RevTuberc. 1957. - V.75, №2. - P. 280-294.

200.Sharp J.D., Cruz J.W., Raman S., Inouye M., Husson R.N., Woychik N.A. Growth and translation inhibition through sequence-specific RNA binding by Mycobacterium tuberculosis VapC toxin//J Biol Chem. 2012. - V.287, №.16. - P. 12835-12847.

201. Shi L., Sohaskey C.D., Kana B.D., Dawes S., North R.J., Mizrahi V., Gennaro M.L. Changes in energy metabolism of Mycobacterium tuberculosis in mouse lung and

under in vitro conditions affecting aerobic respiration//Proc Natl Acad Sei USA. 2005. - V.102, №.23. - P. 15629-15634.

202.Shi L., Sohaskey C.D., Pfeiffer C., Datta P., Parks M., McFadden J., North R.J., Gennaro M.L. Carbon flux rerouting during Mycobacterium tuberculosis growth arrest//Mol Microbiol. 2010. - V. 78, №.5. - P. 1199-1215.

203.Shleeva M.O., Bagramyan K., Telkov M.V., Mukamolova G.V., Young M., Kell D.B., Kaprelyants A.S. Formation and resuscitation of "non-culturable" cells of Rhodococcus rhodochrous and Mycobacterium tuberculosis in prolonged stationary phase//Microbiology. 2002. - V.148, №.5. - P. 1581-1591.

204.Shleeva M.O., Kudykina Y.K., Vostroknutova G.N., Suzina N.E., Mulyukin A.L., Kaprelyants A.S. Dormant ovoid cells of Mycobacterium tuberculosis are formed in response to gradual external acidification//Tuberculosis. 2011. - V.91, №.2. - P. 146154.

205.Shleeva M.O., Mukamolova G.V., Young M., Williams H.D., Kaprelyants A.S. Formation of'non-culturable' cells of Mycobacterium smegmatis in stationary phase in response to growth under suboptimal conditions and their Rpf-mediated resuscitation//Microbiology. 2004. - V.150, №.6. - P. 1687-1697.

206.Singh R., Barry C.E. 3rd., Boshoff H.I., The three RelE homologs of Mycobacterium tuberculosis have individual, drug-specific effects on bacterial antibiotic tolerance//J. Bacteriol. 2010 - V.192. - P. 1279-1291.

207.Smith A.S. and Rawlings D.E. Efficiency of the pTF-FC2 pas poison-antidote stability system in Escherichia coli is affected by the host strain, and antidote degradation requires the Ion protease//J Bacteriol. 1998. - V.180, №20. - P. 54585462.

208.Smith A.S. and Rawlings D.E. The poison-antidote stability system of the broad-host-range Thiobacillus ferrooxidans plasmid pTF-FC2//Mol Microbiol. 1997. - V.26, №5.-P. 961-970.

209.Stewart G.R., Robertson B.D., Young D.B. Tuberculosis: a problem with persistence//Nat Rev Microbiol. 2003. - V.l, №.2. - P. 97-105.

210.Stinear T.P., Seemann T.; Harrison P.F., Jenkin G.A., Davies J.K., Johnson P.D., Abdellah Z., Arrowsmith C., Chillingworth T., Churcher C., Clarke K., Cronin A., Davis P., Goodhead I., Holroyd N., Jagels K., Lord A., Moule S., Mungall K., Norbertczak H., Quail M.A., Rabbinowitsch E., Walker D., White B., Whitehead S., Small P.L., Brosch R., Ramakrishnan L., Fischbach M.A., Parkhill J., Cole S.T. Insights from the complete genome sequence of Mycobacterium marinum on the evolution of Mycobacterium tuberculosis//Genome Res. 2008. - V.18, №.5. - P. 729-741.

211.Suzuki M., Zhang J., Liu M., Woychik N.A., Inouye M. Single protein production in living cells facilitated by an mRNA interferase//Mol Cell. 2005. - V.18, №.2. - P. 253261.

212.Syed M.A. and Levesque C.M. Chromosomal bacterial type II toxin-antitoxin systems//Can J Microbiol. 2012. - V.58, №5. - P. 553-562.

213.Szekeres S., Dauti M., Wilde C., Mazel D., Rowe-Magnus D.A. Chromosomal toxin-antitoxin loci can diminish large-scale genome reductions in the absence of selection//Mol Microbiol. 2007. - V.63, №.6. - P. 1588-1605.

214.Tailleux L., Waddell S.J., Pelizzola M., Mortellaro A., Withers M., Tanne A., Castagnoli P.R., Gicquel B., Stoker N.G., Butcher P.D., Foti M., Neyrolles 0. Probing host pathogen cross-talk by transcriptional profiling of both Mycobacterium tuberculosis and infected human dendritic cells and macrophages//PLoS One. 2008. - V.3, №.1. -el403.

215.TaIaat A.M., Lyons R., Howard S.T., Johnston S.A. The temporal expression profile of Mycobacterium tuberculosis infection in mice//Proc Natl Acad Sci USA. 2004. -V.101, №.13. - P. 4602-4607.

216.Talaat A.M., Ward S.K., Wu C.W., Rondon E., Tavano C., Bannantine J.P., Lyons R., Johnston S.A. Mycobacterial bacilli are metabolically active during chronic tuberculosis in murine lungs: insights from genome-wide transcriptional profiling //J Bacteriol. 2007. - V.189, №.11. - P. 4265-4274.

217.Tan Q., Awano N., Inouye M. YeeV is an Escherichia coli toxin that inhibits cell division by targeting the cytoskeleton proteins, FtsZ and MreB//MoI Microbiol. 2011. - V.79, №.1. - P. 109-118.

218.Tashiro Y., Kawata K., Taniuchi A., Kakinuma K., May T., Okabe S.J. RelE-mediated dormancy is enhanced at high cell density in Escherichia coli//Bacteriol. 2012. -V.194, №.5.-P. 1169-1176.

219.Thisted T., Nielsen A.K., Gerdes K. Mechanism of post-segregational killing: translation of Hok, SrnB and Pnd mRNAs of plasmids Rl, F and R483 is activated by 3'-end processing//EMBO J. 1994. - V.13, №8. - P. 1950-1959.

220.Thisted T., S0rensen N.S., Gerdes K. Mechanism of post-segregational killing: secondary structure analysis of the entire Hok mRNA from plasmid Rl suggests a fold-back structure that prevents translation and antisense RNA binding//J Mol Biol. 1995. - V.247, №5. - P. 859-873.

221.Tian Q.B., Ohnishi M., Tabuchi A., Terawaki Y. A new plasmid-encoded proteic killer gene system: cloning, sequencing, and analyzing hig locus of plasmid Rtsl//Biochem Biophys Res Commun. 1996. - V.220, №.2. - P. 280-284.

222.Tsuchimoto S., Nishimura Y., Ohtsubo E. The stable maintenance system pem of plasmid R100: degradation of PemI protein may allow PemK protein to inhibit cell growth//J Bacteriol. 1992. - V.174, №.13. - P. 4205-4211.

223.Ulrichs T., Kaufmann S.H. New insights into the function of granulomas in human tuberculosis//J Pathol. 2006. - V.208, №.2. - P. 261-269.

224.Unterholzner S.J., Poppenberger B., Rozhon W. Toxin-antitoxin systems: Biology, identification, and application//Mob Genet Elements. 2013. -V.3, №.5 - :e26219.

225.Van Melderen L., Bernard P., Couturier M. Lon-dependent proteolysis of CcdA is the key control for activation of CcdB in plasmid-free segregant bacteria//Mol Microbiol. 1994. - V.ll, №6. - P. 1151-1157.

226.Van Melderen L., Thi M.H., Lecchi P., Gottesman S., Couturier M., Maurizi M.R. ATP-dependent degradation of CcdA by Lon protease. Effects of secondary structure and heterologous subunit interactions//J Biol Chem. 1996. - V.271, №44. - P. 2773027738.

227.Vogel J., Argaman L., Wagner E.G., Altuvia S. The small RNA IstR inhibits synthesis of an SOS-induced toxic peptide//Curr Biol. 2004. - V.14, №.24. - P. 2271-2276.

228.Volpe E., Cappelli G., Grassi M., Martino A., Serafino A., Colizzi V., Sanarico N., Mariani F. Gene expression profiling of human macrophages at late time of infection with Mycobacterium tuberculosis//Immunology. 2006. - V.118, №.4. - P. 449-460.

229.von Rosenvinge E.C., O'May G.A, Macfarlane S., Macfarlane G.T., Shirtliff M.E. Microbial biofilms and gastrointestinal diseases//Pathog Dis. 2013. - V.67, №.1. - P. 25-38.

230.Voskuil M.I., Visconti K.C., Schoolnik G.K. Mycobacterium tuberculosis gene expression during adaptation to stationary phase and low-oxygen dormancy//Tuberculosis. 2004. - V.84, №.3-4. - P. 218-227.

231.Wagner E.G. and Unoson C. The toxin-antitoxin system tisB-istRl: Expression, regulation, and biological role in persister phenotypes//RNA Biol. 2012. - V.9, №12. -P. 1513-1519.

232.Wang X., Lord D.M., Cheng H.Y., Osbourne D.O., Hong S.H., Sanchez-Torres V., Quiroga C., Zheng K., Herrmann T., Peti W., Benedik M.J., Page R., Wood T.K. A new type V toxin-antitoxin system where mRNA for toxin GhoT is cleaved by antitoxin GhoS//Nat Chem Biol. 2012. - V.8, №10. - P. 855-861.

233.Wang X., Lord D.M., Cheng H.Y., Osbourne D.O., Hong S.H., Sanchez-Torres V., Quiroga C., Zheng K., Herrmann T., Peti W., Benedik M.J., Page R., Wood T.K. A new type V toxin-antitoxin system where mRNA for toxin GhoT is cleaved by antitoxin GhoS//Nat Chem Biol. 2012. - V.8, №.10. - P. 855-861.

234.Wayne L.G., Sohaskey C.D. Nonreplicating persistence of Mycobacterium tuberculosis//Annu Rev Microbiol. 2001. - V. 55. - P. 139-163.

235.Weaver K.E. The par toxin-antitoxin system from Enterococcus faecalis plasmid pADl and its chromosomal homologs//RNA Biol. 2012. - V.9, №.12. - P. 1498-1503.

236.Winther K.S. and Gerdes K. Ectopic production of VapCs from Enterobacteria inhibits translation and trans-activates YoeB mRNA interferase//Mol Microbiol. 2009. -V.72, №.4.-P. 918-930.

237.Winther K.S. and Gerdes K. Enteric virulence associated protein VapC inhibits translation by cleavage of initiator tRNA//Proc Natl Acad Sci USA. 2011. - V.108, №.18. - P. 7403-7437.

238.Winther K.S. and Gerdes K. Regulation of enteric vapBC transcription: induction by VapC toxin dimer-breaking//Nucleic Acids Res. 2012. - V.40, №.10. - P. 43474357.

239.Wu S., Barnes P.F., Samten B., Pang X., Rodrigue S., Ghanny S., Soteropoulos P., Gaudreau L., Howard S.T. Activation of the eis gene in a W-Beijing strain of Mycobacterium tuberculosis correlates with increased SigA levels and enhanced intracellular growth//Microbiology. 2009. - V.155, №.4. - P. 1272-1281.

240.Xu H.S., Roberts N., Singleton F.L., Attwell R.W., Grimes D.J., Colwell R.R. Survival and viability of nonculturable Escherichia coli and Vibrio cholerae in the estuarine and marine environment//Microb Ecol. 1982. - V.8, №4. - P. 313-323.

241.Yamaguchi Y., Park J.H., Inouye M. Toxin-antitoxin systems in bacteria and archaea//Annu Rev Genet. 2011. - V.45. - P. 61-79.

242.Yamaichi Y., Fogel M.A., Waldor M.K. par genes and the pathology of chromosome loss in Vibrio cholerae//Proc Natl Acad Sci USA. 2007. - V.104, №.2. - P. 630-635.

243.Yamamoto S., Kiyokawa K., Tanaka K., Moriguchi K., Suzuki K. Novel toxin-antitoxin system composed of serine protease and AAA-ATPase homologues determines the high level of stability and incompatibility of the tumor-inducing plasmid pTiC58//J Bacteriol. 2009. - №.191, №.14. - P. 4656-4666.

244.Yuan J., Yamaichi Y., Waldor M.K. The three vibrio cholerae chromosome II-encoded ParE toxins degrade chromosome I following loss of chromosome II//J Bacteriol. 2011. - V.193, №.3. - P. 611-619.

245.Zhang J., Zhang Y., Inouye M. Characterization of the interactions within the mazEF addiction module of Escherichia coli//} Biol Chem. 2003. - V.278, №34. - P. 32300-32306.

246.Zhang Y. Persistent and dormant tubercle bacilli and latent tuberculosis//Front Biosci. 2004. - V.9. - P. 1136-1156.

247.Zhang Y., Zhang J., Hoeflich K.P., Ikura M., Qing G., Inouye M. MazF cleaves cellular mRNAs specifically at АСА to block protein synthesis in Escherichia co////Mol Cell. 2003. - V12, №.4. - P. 913-923.

248.ZhangY. and Inouye M. RatA (YfjG), an Escherichia coli toxin, inhibits 70S ribosome association to block translation initiation//Mol Microbiol. 2011. - V.79, №.6.-P. 1418-1429.

249.Zhu L., Sharp J.D., Kobayashi H., Woychik N.A., Inouye M. Noncognate Mycobacterium tuberculosis toxin-antitoxins can physically and functionally interact//J Biol Chem. 2010. - V.285, №.51. - P. 39732-39738.

250.Zielenkiewicz U. and Ceglowski P. The toxin-antitoxin system of the streptococcal plasmid pSM19035//J Bacteriol. 2005. - V.187, №.17. - P. 6094-6105.

251.Беккер M.E., Дамберг Б.Э., Рапопорт А.И. Анабиоз микроорганизмов//Изд. «Зинатне», Рига, 1981.

252.Бухарин О. В., Гинцбург А. Л., Романова Ю. М., Эль-Регистан Г. И. Механизмы выживания бактерий//М.:Медицина, 2005.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю -кандидату биологических наук Гончаренко Анне Владимировне за постоянную помощь и поддержку, чуткое руководство и искреннее внимание к работе. Также выражаю глубокую благодарность заведующему лабораторией доктору биологических наук, профессору Капрельянцу Арсению Сумбатовичу за предоставленную возможность реализации моих научных изысканий на базе лаборатории, за мудрые советы и помощь на всех этапах подготовки диссертации. Автор выражает огромную благодарность Дёминой Галине Рудольфовне за помощь при проведении совместных исследований.

Благодарю всех друзей и коллег за поддержку и внимание к моей работе.