Xác định, Thời gian và Đặc điểm Tín hiệu của Các Gen do Quorum củaPseudomonas aeruginosa Kiểm soát: Một Phân Tích Transcriptome

Journal of Bacteriology - Tập 185 Số 7 - Trang 2066-2079 - 2003
Martín Schuster1, Phoebe Lostroh1, Tomoo Ogi2, E. Peter Greenberg1
1Department of Microbiology and W. M. Keck Microbial Communities and Cell Signaling Program, University of Iowa, Iowa City, Iowa 52242
2Genome Damage and Stability Centre, University of Sussex, Falmer, Brighton BN1 9QG, United Kingdom

Tóm tắt

TÓM TẮT

Có hai hệ thống tín hiệu cảm nhận số lượng acyl-homoserine lactone có mối liên quan trongPseudomonas aeruginosa. Các hệ thống này, hệ thống LasR-LasI và hệ thống RhlR-RhlI, là các bộ điều chỉnh toàn cầu biểu hiện gen. Chúng tôi đã thực hiện phân tích transcriptome để xác định các gen được điều khiển bởi cảm nhận số lượng và để hiểu rõ hơn việc kiểm soát biểu hiện gen củaP. aeruginosathông qua cảm nhận số lượng. Chúng tôi đã so sánh biểu hiện gen trong một đột biến tín hiệu LasI-RhlI được thêm các tín hiệu với biểu hiện gen mà không được thêm các tín hiệu, và chúng tôi đã so sánh một đột biến thụ thể tín hiệu LasR-RhlR với dòng bố mẹ của nó. Tổng cộng, chúng tôi đã xác định được 315 gen được kích thích bởi quorum và 38 gen bị ức chế bởi quorum, chiếm khoảng 6% bộ gen củaP. aeruginosa. Các gen bị ức chế bởi quorum được kích hoạt trong pha tĩnh trong các đột biến cảm nhận số lượng nhưng không được kích hoạt trong dòng bố mẹ. Phân tích các gen kích hoạt bởi quorum cho thấy rằng các đặc điểm tín hiệu nằm trong một phổ liên tục và thời gian biểu hiện gen cũng nằm trong một phổ liên tục (một số gen được kích hoạt sớm trong quá trình phát triển, hầu hết các gen được kích hoạt tại thời điểm chuyển từ pha logarit sang pha tĩnh, và một số gen được kích hoạt trong pha tĩnh). Nhìn chung, thời gian không liên quan đến nồng độ tín hiệu. Chúng tôi gợi ý rằng mức độ của thụ thể tín hiệu, LasR, là một yếu tố quyết định quan trọng cho sự biểu hiện gen được kích hoạt bởi quorum. Cảm nhận số lượng acyl-homoserine lactone dường như là một hệ thống cho phép biểu hiện có trật tự của hàng trăm gen trong quá trình phát triển củaP. aeruginosatrong môi trường nuôi cấy.

Từ khóa

#Pseudomonas aeruginosa; hệ thống cảm nhận số lượng; transcriptome; biểu hiện gen; acyl-homoserine lactone; LasR-LasI; RhlR-RhlI; điều chỉnh toàn cầu; đột biến tín hiệu; thụ thể tín hiệu; phân tích gen; pha logarit; pha tĩnh.

Tài liệu tham khảo

10.1128/jb.179.12.3928-3935.1997

10.1128/jb.177.24.7155-7163.1995

Chapon-Herve, V., M. Akrim, A. Latifi, P. Williams, A. Lazdunski, and M. Bally. 1997. Regulation of the xcp secretion pathway by multiple quorum-sensing modulons in Pseudomonas aeruginosa. Mol. Microbiol.24:1169-1178.

Chugani, S. A., M. Whiteley, K. M. Lee, D. D. Argenio, C. Manoil, and E. P. Greenberg. 2001. QscR, a modulator of quorum-sensing signal synthesis and virulence in Pseudomonas aeruginosa. Proc. Natl. Acad. Sci. USA98:2752-2757.

10.1128/JB.181.7.2175-2184.1999

10.1128/JB.184.10.2576-2586.2002

10.1128/jb.109.3.1101-1105.1972

Fernandez De Henestrosa, A. R., T. Ogi, S. Aoyagi, D. Chafin, J. J. Hayes, H. Ohmori, and R. Woodgate. 2000. Identification of additional genes belonging to the LexA regulon in Escherichia coli. Mol. Microbiol.35:1560-1572.

Fuqua, C., M. R. Parsek, and E. P. Greenberg. 2001. Regulation of gene expression by cell-to-cell communication: acyl-homoserine lactone quorum sensing. Annu. Rev. Genet.35:439-468.

10.1128/jb.173.9.3000-3009.1991

10.1128/iai.61.4.1180-1184.1993

10.1128/JB.181.5.1623-1629.1999

Hassett, D. J., J. F. Ma, J. G. Elkins, T. R. McDermott, U. A. Ochsner, S. E. West, C. T. Huang, J. Fredericks, S. Burnett, P. S. Stewart, G. McFeters, L. Passador, and B. H. Iglewski. 1999. Quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa controls expression of catalase and superoxide dismutase genes and mediates biofilm susceptibility to hydrogen peroxide. Mol. Microbiol.34:1082-1093.

Latifi, A., M. Foglino, K. Tanaka, P. Williams, and A. Lazdunski. 1996. A hierarchical quorum-sensing cascade in Pseudomonas aeruginosa links the transcriptional activators LasR and RhIR (VsmR) to expression of the stationary-phase sigma factor RpoS. Mol. Microbiol.21:1137-1146.

Latifi, A., M. K. Winson, M. Foglino, B. W. Bycroft, G. S. Stewart, A. Lazdunski, and P. Williams. 1995. Multiple homologues of LuxR and LuxI control expression of virulence determinants and secondary metabolites through quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa PAO1. Mol. Microbiol.17:333-343.

Lyczak, J. B., C. L. Cannon, and G. B. Pier. 2000. Establishment of Pseudomonas aeruginosa infection: lessons from a versatile opportunist. Microbes Infect.2:1051-1060.

10.1128/JB.180.7.1741-1749.1998

Ochsner, U. A., and J. Reiser. 1995. Autoinducer-mediated regulation of rhamnolipid biosurfactant synthesis in Pseudomonas aeruginosa. Proc. Natl. Acad. Sci. USA92:6424-6428.

Parsek, M. R., and E. P. Greenberg. 2000. Acyl-homoserine lactone quorum sensing in gram-negative bacteria: a signaling mechanism involved in associations with higher organisms. Proc. Natl. Acad. Sci. USA97:8789-8793.

Passador, L., J. M. Cook, M. J. Gambello, L. Rust, and B. H. Iglewski. 1993. Expression of Pseudomonas aeruginosa virulence genes requires cell-to-cell communication. Science260:1127-1130.

10.1128/jb.179.18.5756-5767.1997

10.1128/jb.179.10.3127-3132.1997

10.1128/JB.182.24.6940-6949.2000

10.1128/JB.183.22.6676-6683.2001

Rahim, R., U. A. Ochsner, C. Olvera, M. Graninger, P. Messner, J. S. Lam, and G. Soberon-Chavez. 2001. Cloning and functional characterization of the Pseudomonas aeruginosa rhlC gene that encodes rhamnosyltransferase 2, an enzyme responsible for di-rhamnolipid biosynthesis. Mol. Microbiol.40:708-718.

Reimmann, C., M. Beyeler, A. Latifi, H. Winteler, M. Foglino, A. Lazdunski, and D. Haas. 1997. The global activator GacA of Pseudomonas aeruginosa PAO positively controls the production of the autoinducer N-butyryl-homoserine lactone and the formation of the virulence factors pyocyanin, cyanide, and lipase. Mol. Microbiol.24:309-319.

Stintzi, A., K. Evans, J. M. Meyer, and K. Poole. 1998. Quorum-sensing and siderophore biosynthesis in Pseudomonas aeruginosa: lasR/lasI mutants exhibit reduced pyoverdine biosynthesis. FEMS Microbiol. Lett.166:341-345.

Stover, C. K., X. Q. Pham, A. L. Erwin, S. D. Mizoguchi, P. Warrener, M. J. Hickey, F. S. Brinkman, W. O. Hufnagle, D. J. Kowalik, M. Lagrou, R. L. Garber, L. Goltry, E. Tolentino, S. Westbrock-Wadman, Y. Yuan, L. L. Brody, S. N. Coulter, K. R. Folger, A. Kas, K. Larbig, R. Lim, K. Smith, D. Spencer, G. K. Wong, Z. Wu, and I. T. Paulsen. 2000. Complete genome sequence of Pseudomonas aeruginosa PAO1, an opportunistic pathogen. Nature406:947-948.

Toder, D. S., M. J. Gambello, and B. H. Iglewski. 1991. Pseudomonas aeruginosa LasA: a second elastase under the transcriptional control of lasR. Mol. Microbiol.5:2003-2010.

10.1128/JB.183.18.5376-5384.2001

Wagner V. E. D. Bushnell L. Passador A. I. Brooks and B. H. Iglewski. 2003. Microarray analysis of Pseudomonas aeruginosa quorum-sensing regulons: effects of growth phase and environment. J. Bacteriol. 185 : 2080-2095.

Whitehead, N. A., A. M. Barnard, H. Slater, N. J. Simpson, and G. P. Salmond. 2001. Quorum-sensing in Gram-negative bacteria. FEMS Microbiol. Rev.25:365-404.

10.1128/JB.183.19.5529-5534.2001

Whiteley, M., K. M. Lee, and E. P. Greenberg. 1999. Identification of genes controlled by quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa. Proc. Natl. Acad. Sci. USA96:13904-13909.

10.1128/JB.182.15.4356-4360.2000

Winson, M. K., M. Camara, A. Latifi, M. Foglino, S. R. Chhabra, M. Daykin, M. Bally, V. Chapon, G. P. Salmond, B. W. Bycroft, et al. 1995. Multiple N-acyl-l-homoserine lactone signal molecules regulate production of virulence determinants and secondary metabolites in Pseudomonas aeruginosa. Proc. Natl. Acad. Sci. USA92:9427-9431.

10.1128/JB.182.22.6401-6411.2000

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Bacteriology

Tập 185 Số 7

2066-2079

Thông tin tác giả