トランスクリプトーム解析により明らかになった、独自のバクテリオシン合成を欠く14の等原性菌株の代謝シフト

Metabolic Shift of an Isogenic Strain of 14, Deficient in Its Own Bacteriocin Synthesis, as Revealed by a Transcriptomic Analysis.

• Rabia Ladjouzi
• Anca Lucau-Danila
• Djamel Drider

抄録

抗菌分子の生産には複雑な生物学的経路が関与していることが多い。本研究では、バクテリオシン原性菌株14のエンテロシンEntDD14関連機能の代謝および生理的ネットワークを理解することを目的とした。エンテロシンEntDD14をコードする遺伝子で不活性化された14とその等原性変異体Δについて、グローバルかつ比較的なトランスクリプトーム研究を行った。その結果、EntDD14をコードする遺伝子に活性化された14とその変異体は、ポリスチレンプレート上にバイオフィルムを形成する能力をクリスタルバイオレット法で評価し、ヒト大腸腺癌Caco-2細胞に対する細胞毒性をCell Counting Kit-8を用いて評価した。トランスクリプトーム解析の結果、両株で71の遺伝子が異なる発現を示した。予想通り、EntDD14をコードする遺伝子はΔ変異体ではダウンレギュレーションされていたが、他の69の遺伝子はアップレギュレーションされていた。その結果、ファージ関連の染色体島、バイオフィルム形成能力、環境ストレスへの耐性、代謝リプログラミングと関連していることがわかった。興味深いことに、Δ変異体は細菌の増殖が改善され、無生物の表面にバイオフィルムを形成する能力が高く、非常に弱い細胞毒性レベルを示した。これらの複数の代謝再編成は、EntDD14の損失に対抗するための防御の新しいラインを明らかにした。

The production of antimicrobial molecules often involves complex biological pathways. This study aimed at understanding the metabolic and physiological networks of enterocin EntDD14-associated function, in the bacteriocinogenic strain, 14. A global and comparative transcriptomic study was carried out on 14 and its isogenic mutant Δ, inactivated in genes coding for EntDD14. The in vitro ability to form biofilm on polystyrene plates was assessed by the crystal violet method, while the cytotoxicity on human colorectal adenocarcinoma Caco-2 cells was determined by the Cell Counting Kit-8. Transcriptomic data revealed that 71 genes were differentially expressed in both strains. As expected, genes coding for EntDD14 were downregulated in the Δ mutant, whereas the other 69 genes were upregulated. Upregulated genes were associated with phage-related chromosomal islands, biofilm formation capability, resistance to environmental stresses, and metabolic reprogramming. Interestingly, the Δ mutant showed an improved bacterial growth, a high capacity to form biofilm on inanimate surfaces and a very weak cytotoxicity level. These multiple metabolic rearrangements delineate a new line of defense to counterbalance the loss of EntDD14.