塩酸ストレスに対する3つの高酸耐性菌のグローバルな転写応答

Global Transcriptional Response of Three Highly Acid-Tolerant Field Strains of to HCl Stress.

• Jule Anna Horlbog
• Marc J A Stevens
• Roger Stephan
• Claudia Guldimann

抄録

酸に対する耐性は、食品を媒介とする病原体にとって二重の重要性を持っています：酸は防腐剤として使用され、胃酸は宿主内の最初の防御の一つです。菌株の酸耐性にはかなりの違いがあります。ここでは、pH3.0の塩酸に対する耐酸性を有する菌株のトランスクリプトーム解析を行った。RNAseqにより、リン酸化酵素系、酸化的リン酸化、細胞形態、運動性、バイオフィルム形成に関与する遺伝子の発現に有意な差が見られた。アセトイン生合成経路の遺伝子はアップレギュレーションされており、有機酸ストレス下ではピルビン酸からアセトインへの代謝にシフトしていることが示唆された。また、マイクロコロニーにおける細胞凝集体の形成が、有機酸ストレスの緩和策として考えられることを明らかにした。また、発現の異なる遺伝子の上流150bpのモチーフ検索により、病原性遺伝子の発現制御に機能している可能性のある新規な制御配列を同定した。我々のデータは、細胞内のH+イオンが過剰になると、ATP合成酵素の活性が低下した状態でシトクロムCを介してH+をサイトゾル外に排出することで相殺されるというモデルを支持するものである。観察された形態学的変化は、酸ストレスが細胞をバイオフィルムマイクロコロニーに凝集させ、より好ましい微小環境を作り出すことを示唆している。さらに、宿主胃における塩酸ストレスは、(i)免疫原性の高い鞭毛をダウンレギュレートするためのシグナルとして、(ii)初期段階の病原性遺伝子を誘発する宿主細胞との切迫した接触のための指標として機能する可能性があります。

Tolerance to acid is of dual importance for the food-borne pathogen : acids are used as a preservative, and gastric acid is one of the first defenses within the host. There are considerable differences in the acid tolerance of strains. Here we present the transcriptomic response of acid-tolerant field strains of to HCl at pH 3.0. RNAseq revealed significant differential expression of genes involved in phosphotransferase systems, oxidative phosphorylation, cell morphology, motility, and biofilm formation. Genes in the acetoin biosynthesis pathway were upregulated, suggesting that shifts to metabolizing pyruvate to acetoin under organic acid stress. We also identified the formation of cell aggregates in microcolonies as a potential relief strategy. A motif search within the first 150 bp upstream of differentially expressed genes identified a novel potential regulatory sequence that may have a function in the regulation of virulence gene expression. Our data support a model where an excess of intracellular H+ ions is counteracted by pumping H+ out of the cytosol via cytochrome C under reduced activity of the ATP synthase. The observed morphological changes suggest that acid stress may cause cells to aggregate in biofilm microcolonies to create a more favorable microenvironment. Additionally, HCl stress in the host stomach may serve as (i) a signal to downregulate highly immunogenic flagella, and (ii) as an indicator for the imminent contact with host cells which triggers early stage virulence genes.