Рибонуклеаза PNPase является ключевым регулятором образования биопленок у Listeria monocytogenes и влияет на инвазию клеток-хозяев.

npj Биопленки и микробиомы, том 9, Номер статьи: 34 (2023) Цитировать эту статью

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Биопленки обеспечивают среду, которая защищает микроорганизмы от внешних стрессов, таких как лишение питательных веществ, лечение антибиотиками и иммунная защита, тем самым создавая благоприятные условия для выживания и патогенеза бактерий. Здесь мы показываем, что РНК-связывающий белок и рибонуклеаза полинуклеотидфосфорилаза (PNPase) являются положительным регулятором образования биопленок у человеческого патогена Listeria monocytogenes, основного ответственного за загрязнение пищевых продуктов в условиях пищевой промышленности. Мутантный штамм PNPase производит меньше биомассы биопленки и демонстрирует измененную морфологию биопленки, которая более восприимчива к лечению антибиотиками. С помощью биохимических анализов и микроскопического анализа мы показываем, что PNPase является ранее непризнанным регулятором состава внеклеточного матрикса биопленки, сильно влияющим на уровни белков, внеклеточной ДНК и сахаров. Примечательно, что мы адаптировали использование флуоресцентного комплекса рутений красный-фенантролин для обнаружения полисахаридов в биопленках листерий. Транскриптомный анализ биопленок дикого типа и мутантных биопленок по PNPase показывает, что PNPase влияет на многие регуляторные пути, связанные с образованием биопленок, в частности, влияя на экспрессию генов, участвующих в метаболизме углеводов (например, lmo0096 и lmo0783, кодирующих компоненты PTS), аминокислот. (например, lmo1984 и lmo2006, кодирующие ферменты биосинтеза) и в системе, подобной восприятию кворума Agr (lmo0048-49). Более того, мы показываем, что PNPase влияет на уровни мРНК главного регулятора вирулентности PrfA и генов, регулируемых PrfA, и эти результаты могут помочь объяснить снижение бактериальной интернализации в клетках человека мутанта ΔpnpA. В целом, эта работа демонстрирует, что PNPase является важным посттранскрипционным регулятором вирулентности и адаптации к образу жизни биопленок грамположительных бактерий, и подчеркивает растущую роль рибонуклеаз как критически важных игроков в патогенности.

Биопленки являются преобладающим способом роста микроорганизмов в природных экосистемах. Однако они вызывают растущую медицинскую озабоченность, учитывая, что 80% микробных инфекций связаны с биопленками1,2 и способствуют персистенции хронических инфекций3. Биопленки определяются как сообщества микроорганизмов, которые прикреплены к биотическим или абиотическим поверхностям и заключены в самостоятельно вырабатываемые гидратированные внеклеточные полимерные вещества (ЭПС), также известные как матрица биопленки4,5. Полисахариды, белки, фосфолипиды и нуклеиновые кислоты являются основными компонентами внеклеточного матрикса биопленки6. Сидячие микроорганизмы защищены окружающим матриксом и могут гораздо лучше переносить внешние стрессы, такие как лишение питательных веществ и высыхание, чем планктонные бактерии, а также гораздо менее восприимчивы к действию противомикробных агентов и иммунной защите хозяина7. Структура биопленки позволяет накапливать компоненты лизированных клеток и способствует горизонтальному переносу генов между бактериями и межклеточной коммуникации6,8.

Образование биопленок связано с вирулентностью некоторых патогенных бактерий, способствуя инфекции. Listeria monocytogenes (Listeria) – грамположительная патогенная бактерия, вызывающая листериоз, одну из самых смертельных инфекций пищевого происхождения у человека9. Он может выживать внутриклеточно, манипулировать клеточными механизмами хозяина и ускользать от иммунной системы10. L. monocytogenes выдерживает неблагоприятные условия окружающей среды, такие как низкие температуры, низкий уровень pH и высокие концентрации солей11. Более того, она может прикрепляться к нескольким типам поверхностей, сохраняться в виде биопленок в пищевой промышленности и загрязнять пищевые продукты, что делает эту бактерию основным бременем для пищевой промышленности12,13,14,15. При выращивании в статических условиях биопленки L. monocytogenes могут иметь форму бактериального монослоя16 или образовывать сотовую биопленку17. Они также могут образовывать шарообразные структуры в условиях непрерывного потока18.