전사 활성화인자 ToxT는 콜레라균(Vibrio cholerae)의 독성(virulence) 조절에 핵심적인 조절자로서, 콜레라 독소(cholera toxin, CT)와 독소-동조(토크린코레귤레이티드) 필러스(toxin co-regulated pilus, TCP)의 발현을 조절한다. toxT의 조절과 기능에 대한 통찰은 주로 toxT 발현이 강건한 고전적(biotype) 균주인 O395에 대한 연구에서 비롯되어 왔다. 그러나 toxT 발현은 V. cholerae의 균주 전반에서 완전히 일관되지는 않는다. 본 연구에서 우리는 균주 간, 특히 엘 토르(El Tor) 생물형에서, toxT의 전사와 단백질 생산이 유의미하게 다르며 이는 대립유전자(allele)에 의존적인 조절 제약에 기인함을 보인다. qRT-PCR과 웨스턴 블롯팅을 통해, 우리는 대체 toxT 대립유전자가 엘 토르 생물형 균주들에서 서로 다른 전사 활성화인자 기능을 부여함을 입증하였다. 특히, 팬데믹 엘 토르 균주인 IB5230은 37°C에서도 toxT 및 독성 유전자 발현이 증가되어 있어, 병원성 증대를 위한 잠재적 적응 가능성을 시사한다. 우리의 결과는 toxT의 자기조절(autoregulation) 피드백이 이전에 알려진 것보다 더 중요한 역할을 독성 유전자 활성화에서 수행한다는 점을 제안한다. 본 연구는 toxT 조절에 대해 기존에 인지되지 않았던 복잡성이 있음을 강조하며, 유행 중이거나 새롭게 출현하는 V. cholerae 균주에서 독성 조절 기작을 재평가할 필요성을 부각한다. 균주 특이적 차이를 이해하는 것은 콜레라 병인(pathogenesis)에 대한 모형을 정교화하는 데 필수적이다. 저자 요약(Author Summary) 콜레라는 콜레라균(Vibrio cholerae)이라는 세균에 의해 유발되는 중증 설사 질환으로, 전 세계 보건에 대한 주요 위협으로 계속되고 있다. V. cholerae가 질병을 일으키는 능력은 전사 활성화인자인 ToxT에 의해 조절되는 두 가지 핵심 독성 인자—콜레라 독소(cholera toxin, CT)와 독소-동조 필러스(toxin-coregulated pilus, TCP)—의 발현에 달려 있다. ToxT 조절에 대한 우리의 이해의 상당 부분은 고전적 생물형 균주에 기반하고 있으나, 최근 대부분의 콜레라 유행은 엘 토르(El Tor) 생물형 균주에 의해 주도되었다. 본 연구에서 우리는 toxT 발현과 독성 유전자를 활성화하는 능력이 V. cholerae 균주 전반에서 현저하게 달라지며, 이는 특정 toxT 대립유전자와 유전적 배경 모두에 의존함을 보여준다. 서로 다른 toxT 대립유전자를 발현하도록 조작한 동일 유전적(isogenic) 균주를 사용하여, 특정 대립유전자는 일부 엘 토르 균주에서는 전사적으로 침묵하는 반면, 다른 대립유전자는 활성화되어 있음을 확인하였다. 다만 발현되었을 때에는 기능적 능력이 유사하다는 점에서 공통적이다. 특히, 아이티(하이티) 콜레라 유행과 연관된 고독성(hypervirulent) 균주는 사람 체온에서조차 높은 toxT 발현을 유지하여, 병원성 증대를 위한 적응 기작 가능성을 시사한다. 우리의 결과는 V. cholerae에서의 독성 조절이 이전에 인지되었던 것보다 더 가변적일 수 있음을 제안하며, toxT 발현에서 나타나는 균주 및 대립유전자 특이적 차이를 강조한다. 독성 유전자 조절에서의 이러한 균주 및 대립유전자 특이적 차이를 이해하는 것은 콜레라 병인에 대한 모형을 개선하는 데 중요하며, 이 진화하는 병원체에 대한 보다 효과적인 중재와 백신 개발에 정보를 제공할 수 있을 것이다.

본 연구에서 평가한 대립유전자는 LB 배지에서의 흔들어 배양(shake culture)을 포함하는 단순한 배양 조건 하에서 El Tor 생물형 균주에서 독성(virulence) 유전자의 발현을 가능하게 하였으며, 이는 독성 유전자 발현의 조절이 이전에 생각되었던 것보다 더 복잡할 수 있고, ToxR 조절원(ToxR regulon)에 의한 ToxT 생성 이외에 추가 요인이 관여할 수 있음을 시사한다.