Toxin-antitoxin systems in mycobacteria: molecular mechanisms and biological functions

Abstract

Almost all bacteria and archaea have some toxin-antitoxin (TA) system present in their genomes. TA modules are genes encoding two components: a stable toxin that inhibits cell growth, and labile antitoxin that neutralizes the toxin by various molecular mechanisms. Compared to other bacteria, mycobacteria harbor an unusually high number of TA systems. This thesis focuses on the TA systems found in mycobacteria with emphasis on Mycobacterium tuberculosis, their molecular mechanisms of action, biological significance and their role in bacterial survival under stress conditions. This work provides an overview of different types of TA systems and describes selected families present in mycobacteria. Particular attention is given to the type II TA systems such as VapBC and MazEF families, which are the most abundant in this bacterial genus. Due to their involvement in persistence and antibiotic tolerance, TA systems represent promising targets for the development of novel antimicrobial compounds.

Téměř všechny bakterie a archaea mají ve svém genomu přítomen nějaký toxin-antitoxin (TA) systém. TA systémy jsou genové elementy kódující dvě složky: stabilní toxin, který zastavuje růst, a nestabilní antitoxin, který neutralizuje toxin prostřednictvím různých molekulárních mechanismů. V porovnání s ostatními bakteriemi obsahují mykobakterie neobvykle vysoký počet TA systémů. Tato bakalářská práce se zaměřuje na TA systémy přítomné u mykobakterií s důrazem na Mycobacterium tuberculosis, jejich molekulární mechanismy účinku, biologický význam a roli v přežití bakterií ve stresových podmínkách. Práce poskytuje přehled různých typů TA systémů a popisuje vybrané rodiny přítomné u mykobakterií. Zvláštní pozornost je věnována TA systémům typu II jako jsou VapBC a MazEF, které jsou v tomto bakteriálním rodu nejpočetnější. Díky své roli v perzistenci a toleranci bakterií k antibiotikům představují TA systémy nadějné cíle pro vývoj nových antimikrobiálních látek.