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本文转载自“美吉生物”，己获授权
说到非编码RNA，可能大家会想到真核生物中miRNA 、lncRNA和circRNA。确实~“真核非编码RNA三剑客”现阶段进展突飞猛进，佳作不胜枚举。而研究原核的小伙伴们低调不语，埋头耕耘。小编暗暗发问，难道原核生物中没有非编码RNA么？有。那么，它们发挥哪些作用呢？现在的研究进展怎么样呢？……原核生物ncRNA知多少，让小编来一一为大家详解。
虽说原核生物在进化中比较低等，但其所处环境复杂多变，决定了它们必然具有一套反应迅速的调控系统。其中，非编码RNA的调控作用对原核生物来说至关重要。原核非编码RNA，真的是不好研究啊，以往都是在研究个别基因时偶然发现的，进展缓慢。直到近几年，随着生物信息学和规模化筛选技术的发展，越来越多的ncRNA才逐渐被发现。小编我在Pubmed中检索了一下，发现关于以细菌非编码RNA主题的文献近十年来更是一路飙升！在这里小编想隆重地让大家了解一下细菌的非编码RNA，希望各位小伙伴们能有所收获~
近十年发表的细菌ncRNA文章统计
研究者们通常将长度介于40-500 nt之间的非编码RNA归为非编码小RNA（简称sRNA），这一类sRNA多位于两个蛋白编码基因之间的非编码区，或从mRNA的5'或3'非编码区剪切下来的。广泛来源于各种细菌基因组，有的还来自于外来遗传元件，如质粒、噬菌体或转座子（如下图所示）。据估算，细菌基因组中的sRNA基因的数量可能占编码蛋白质基因的5%左右。
原核sRNA的来源
加工过程不同：sRNA具有独立的转录单元，转录通常开始于一段能折叠成稳定茎环结构的序列，终止于一个不依赖Rho因子的终止子，不经过加工；而miRNA经过复杂的前体加工过程。
长度不一致：细菌sRNA泛指介于40-500nt的非编码RNA；而真核生物sRNA通常指长度为18-200nt的RNA，研究的相对比较透彻，其中，miRNA是研究最多的小RNA，大部分长约18-24nt。
还具有如下特点：没有统一的二级结构、不存在碱基偏好性、序列保守性较差和特异性表达，这也是原核生物sRNA研究缓慢的原因之一。
因为目前细菌的sRNA生物学功能尚未完全阐明，对迄今为止已经鉴定的，依据发挥生物学功能的形式大体可分为以下四类：
1) Cis/Trans-encoded base pairing sRNAs
最主要的一类调控sRNA，能够与目的mRNA配对结合进而调控基因表达，目前发现的绝大多数都属于这个类型，分为以下两类：
顺式编码的反义RNA：通常是由它们所调控靶标基因的互补链转录而来，并且能够与它们所调控的靶标基因形成完全互补配对；
反式编码的反义RNA：通常是由细菌染色体上与它们所调控的靶标基因不相邻的基因区转录而来，与它们所调控的靶标基因形成不完全互补配对。
顺式/反式编码sRNA的来源及区别
作用方式可归纳为以下三点：
结合到mRNAs 5'UTR，覆盖核糖体的结合位点，影响翻译。
促进核糖核酸酶介导的mRNA降解作用，影响靶标基因的表达。
通过与mRNAs SD/AUG 上游区域互补配对，破坏被抑制的mRNAs SD/AUG 二级结构，暴露核糖体结合位点，激活靶标基因的表达。
其中，反式编码的sRNAs在转录后水平发挥调控功能通常需要RNA伴侣蛋白Hfq的协助，Hfq能够促进sRNAs与其靶标mRNAs互补配对，调节靶标基因的翻译或稳定性。
sRNA调控靶基因的作用机制
2) Housekeeping sRNAs
行使管家功能的sRNAs ，它们高度表达且必需的，目前已知的包括tmRNA-转运信使RNA、M1RNA-组成RNaseP的亚单位和4.5sRNA-信号识别颗粒的组成部分。
3) Protein-binding sRNAs
通过与蛋白质相互作用从而影响这些蛋白质的生物学功能。如6s RNA，能够与σ70-RNA聚合酶相互作用并改变它对启动子识别的特异性。
4) Riboswitch
是细菌中最简单的一类调控小RNA，位于mRNA的5'端，由适体域和表达平台两部分组成，通过与自由代谢产物和其它小分子配体结合或由于环境条件的变化而引起构象变化从而调控基因表达。
sRNA作用范围十分广泛，主要功能是当细菌进入宿主或外界环境变化时，sRNA能够感应这种变化，进而调控细胞的代谢途径、生长方式使之与环境相适应。目前已知的有以下几个方面：
通过调控毒力基因mRNA的翻译和稳定性来影响细菌毒力蛋白的翻译与分泌，以及侵袭力和对细胞粘附力的强弱等。
关闭许多蛋白质的合成，改变细胞必需营养物，如，典型的sRNA RyhB对需铁蛋白的调控作用。
sRNA在细菌生长密度感应信号传导中也起着重要的调控作用。
sRNA在细胞内菌适应宿主环境所介导的调控作用示例
细菌sRNA研究很广泛，特别是在致病机制方向的研究较多，下面表格中罗列出了一些常见致病菌sRNA的研究，其中包括嗜肺军团菌，李斯特菌，沙门氏菌等。
常见致病菌sRNA研究概况
（引自Oliva G,et.al,Fems Microbiology Reviews,2015)
给大家介绍了这么多细菌sRNA基本知识，大家应该很好奇到底怎么应用到我的科研当中呢？别急，小编这里也解读了一篇文献帮助大家打开思路~
英文题目：A Novel Mechanism of Host-Pathogen Interaction through sRNA in Bacterial Outer Membrane Vesicles
中文题目：细菌外膜泡中sRNA在宿主-致病菌相互作用中发挥的机制研究
期刊：PLOS Pathogens IF：7.003
本文作者以外膜泡为对象研究了sRNA在铜绿假单胞菌感染人类支气管上皮细胞所发挥的调控机制。比较了铜绿假单胞菌和外膜泡中的sRNA序列，筛选出在OMV中高度富集的sRNA共1733条，与人类mRNA序列比对，寻找sRNA在宿主上潜在的靶位点。由此锁定了免疫相关的sRNA52320。然后将人类支气管上皮细胞暴露于OMV中并进行转录组测序，发现sRNA52320在宿主细胞中丰度显著高于未暴露组，表明了sRNA能够从OMV转移到宿主细胞。
作者又对LPS刺激下转染sRNA52320的人类支气管上皮细胞进行了蛋白质组学研究，筛选出了受sRNA调控的蛋白主要为下调的蛋白，表明了sRNA直接或间接的抑制靶标的作用。信号网络分析结果表明，sRNA与宿主对病原体的免疫反应与上皮细胞屏障功能相关。最后进行小鼠体内实验表明，sRNA52320确实能够降低OMV诱导小鼠肺泡中KC细胞因子的分泌和嗜中性粒细胞的产生。总之，此研究表明了铜绿假单胞菌分泌外膜泡的sRNA52320确实与宿主-病原体相互作用机制中减弱宿主的免疫功能相关。
Fig.1外膜泡中中高度富集的sRNA
Fig.2 sRNA能够从OMV转移到宿主细胞
Fig.3 sRNA52320能够靶向调控LPS刺激的MAPK信号通路中的激酶
参考文献
[1] Waters L S, Storz G. Regulatory RNAs in bacteria[J]. Cell, 2009, 136(4): 615-628.
[2] Oliva G, Sahr T, Buchrieser C. Small RNAs, 5' UTR elements and RNA-binding proteins in intracellular bacteria: impact on metabolism and virulence.[J]. Fems Microbiology Reviews, 2015, 39(3):331.
[3] Fröhlich K S, Papenfort K. Interplay of regulatory RNAs and mobile genetic elements in enteric pathogens[J]. Molecular Microbiology, 2016, 101(5):701-713.[4] Koeppen K, Hampton T H, Jarek M, et al. A Novel Mechanism of Host-Pathogen Interaction through sRNA in Bacterial Outer Membrane Vesicles[J]. Plos Pathogens, 2016, 12(6):e1005672.
[5] W, Ying X, Lu Q, et al. Predicting sRNAs and their targets in bacteria[J]. Genomics, proteomics & bioinformatics, 2012, 10(5): 276-284.
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