Ранее не изученный ген PA2146 способствует образованию биопленок и толерантности к лекарствам в организме человека.

npj Биопленки и микробиомы, том 8, Номер статьи: 54 (2022) Цитировать эту статью

1653 Доступа

3 цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Транскриптомные исследования выявили большое количество неохарактеризованных генов, которые по-разному экспрессируются в биопленках, что может иметь важное значение для регуляции фенотипов биопленок, таких как устойчивость к противомикробным агентам. Чтобы идентифицировать гены биопленок с неизвестной функцией у P. aeruginosa, мы использовали RNA-seq и выбрали 27 нехарактерных генов, которые индуцировались при росте биопленки. Биопленки соответствующих мутантов впоследствии были проанализированы на предмет двух характеристик биопленки: архитектуры биопленки и чувствительности к лекарственным средствам. Скрининг выявил 12 из 27 генов, участвующих в формировании биопленок, и 13 генов, влияющих на чувствительность к лекарствам, при этом 8 генов влияют на оба фенотипа биопленок. Среди генов, влияющих на оба фенотипа биопленок, был PA2146, кодирующий небольшой гипотетический белок, который демонстрировал одно из наиболее существенных увеличений количества транскриптов во время роста биопленок под действием P. aeruginosa PAO1 и клинических изолятов. PA2146 высококонсервативен у γ-протеобактерий. Инактивация PA2146 повлияла на оба фенотипа биопленок P. aeruginosa PAO1, при этом инактивация гомологов у Klebsiella pneumoniae и Escherichia coli имела аналогичные эффекты. Гетерологичная экспрессия гомологов PA2146 дополняет ∆PA2146 P. aeruginosa, что позволяет предположить, что гомологи PA2146 заменяют PA2146 и играют ту же роль, что и PA2146, у P. aeruginosa.

Бактерии преимущественно растут в виде биопленочных сообществ в различных условиях, включая природную среду, промышленные системы и медицинскую сферу1,2,3. Рост внутри биопленок обеспечивает защиту от неблагоприятных условий, таких как защита от выпаса простейших в морской среде, устойчивость к противомикробным агентам во время обеззараживания промышленного и медицинского оборудования и уклонение от иммунных реакций хозяина во время инфекций4,5,6,7. Доказательства этого защищенного способа роста появляются на ранних этапах летописи окаменелостей (около 3,25 миллиардов лет назад) и распространены среди широкого круга организмов как в линиях архей, так и в линиях бактерий, что позволяет предположить, что рост биопленок является неотъемлемым компонентом жизненного цикла прокариот8. . Действительно, исследования биопленок, образованных различными прокариотами, выявили общие тенденции и фенотипические характеристики биопленок, о чем говорится в нескольких обзорах9,10,11,12. Эти общие тенденции включают межклеточную коммуникацию или ощущение кворума (QS), выработку внеклеточных полимерных веществ для формирования защитного матрикса, присутствие эДНК в качестве компонента матрикса, а также модуляцию подвижности, адгезинов и c-di. -Уровни GMP были идентифицированы как ключевые факторы в формировании биопленок. Кроме того, активация генов, участвующих в адаптации к стационарной фазе, стрессу окружающей среды и анаэробиозу, была идентифицирована как общие черты, связанные с ростом биопленок13,14. В совокупности эти открытия привели к представлению о том, что клетки биопленки отличаются от клеток стационарной фазы и обладают определенными чертами, которые более характерны для ассоциированных с биопленками, чем для планктонных клеток.

Транскриптомные исследования также выявили большое количество неохарактеризованных генов/белков, индуцируемых при росте биопленок. Фактически, гипотетические и консервативные гипотетические гены составляют самую большую категорию дифференциально регулируемых генов. Используя RNA-seq, Ираола и др.15 обнаружили, что 289 из 575 (50%) генов дифференциально экспрессируются в условиях, связанных с ростом биопленок Leptospira biflexa, которые были аннотированы как гипотетические гены, кодирующие белки. Уайтли и др.16 определили, что образование биопленок P. aeruginosa совпадает с примерно 34% из 73 генов, регулируемых биопленками, кодирующих гипотетические белки с неизвестной функцией. Более того, воздействие тобрамицина на биопленки совпало с дифференциальной экспрессией 20 генов, 12 из которых были классифицированы как гены, кодирующие гипотетические белки с неизвестной функцией16. Аналогично, транскриптомный анализ, проведенный Seneviratne et al.17, показал образование биопленки Enterococcus faecalis и устойчивость к противомикробным агентам, включая мышьяк, что совпадает с дифференциальной экспрессией большого количества предполагаемых генов. Пытаясь определить гены, коррелирующие с поверхностным способом роста холерного вибриона, Мурти и Уотник18 идентифицировали 12 кластеров генов, кодирующих белки с неизвестной функцией, которые демонстрировали сходные паттерны экспрессии в условиях, связанных с поверхностью, включая рост в виде монослоев или биопленок. к планктонному способу роста.