Белок BipA контролирует образование биопленки холерного вибриона

В статье, опубликованной в eLife, авторы описывают механизм адаптации к температуре холерного вибриона Vibrio cholerae. При физиологических температурах он образует биопленку в жидкой среде и в организме хозяина. Способность к образованию биопленки повышает его патогенность.

Биопленка в основном состоит из полисахарида Vibrio, белков RbmA, RbmC и Bap1, а также внеклеточной ДНК. Гены, необходимые для выработки полисахарида, сгруппированы в кластеры vpsI и vpsII, а гены, кодирующие RbmA и RbmC, находятся в кластере rbm.

Транскрипционные активаторы формирования биопленки VpsR и VpsT регулируют vpsI и vpsII кластеры и гены rbmA, rbmC и bap1. HapR — основной репрессор формирования биопленки.

При температуре 37°C изолят co969 штамма V. cholerae El Tor формирует морщинистые колонии, связанные с образованием биопленки. При температуре <22°C он формирует гладкие колонии без биопленки. Штамм El Tor был доминирующим штаммом в седьмой глобальной пандемии холеры.

Сначала ученые предположили, что в переходе участвует репрессор HapR. У изолята co969 HapR неактивен из-за мутации. Другие штаммы без HapR тоже формируют биопленки в зависимости от среды. Однако штаммы V. cholerae с активным HapR, такие как C6706 и A1552, образуют гладкие колонии при любой температуре. Делеция гена hapR у таких штаммов в свою очередь позволяла им формировать морщинистые колонии при 37°C. Если в изоляте co969 экспрессировать копию гена hapR дикого типа (co969:hapRc), он теряет способность формировать морщинистые колонии.

С помощью ПЦР в реальном времени ученые исследовали экспрессию генов, отвечающих за формирование биопленки, в зависимости от температуры. Для этого использовали изолят co969. При температуре 37°C гены vpsL и bap1 экспрессировались сильнее, чем при 22°C. Но при наличии рабочей копии HapR в штамме co969:hapRc экспрессия vpsL и bap1 не изменялась при различных температурах.

RNA-seq, транскриптомный анализ и ПЦР в реальном времени показали, что при 37°C кластеры vpsI и vpsII и гены rbmA, rbmC и bap1 экспрессировались сильнее (в 10-20 раз), чем при 22°C. При этом экспрессия регуляторов транскрипции образования биопленок не изменялась.

Ученые провели мутагенез V. cholerae co969 с помощью транспозонов и отобрали колонии, которые формировали морщинистую поверхность при 22°C. Таких колоний было 459. Их секвенирование выявило наличие транспозонов в 99 генах с различными функциями. Процесс повторили с нечувствительным к температуре штаммом V. cholerae C6706, всегда образующим гладкие колонии, отобрав мутантные морщинистые колонии при 37°C. Одновременный анализ мутаций позволил выявить ген VC2744, кодирующий трансляционную ГТФазу, — ортолог гена bipA Salmonella enterica и typA в других организмах.

Делеция VC2744 в изоляте co969 приводит к формированию морщинистых колоний при 22°C. Если после делеции ввести в вибрион ген VC2744 или bipA из E. coli MG1655 K-12 или Pseudomonas putida KT2440, то восстанавливается нормальная морфология.

Оверэкспрессия bipA при 37°C ведет к небольшому снижению морщинистости колоний. При снижении температуры до 22°C уровень белка BipA возрастал в 10 раз.

Снижение уровня белка при нагревании связано с изменением его стабильности. Так, третичная структура очищенного белка BipA зависит от температуры. При снижении стабильности также активируются протеазы, такие как LonA.

В V. cholerae BipA участвует в сборке 50S субъединицы рибосомы, что было показано при разделении лизата клеток, ΔbipA и дикого типа, выращенных при разных температурах, в градиенте сахарозы.

Исследователи выполнили протеомный анализ изолята co969 дикого типа and ΔbipA, выращенных при 37°C или 22°C. Были выявлены изменения в экспрессии 695 белков. Среди них — белки внеклеточных компонентов, а также вовлеченные в транспорт биомолекул и производство биопленки. Влияние BipA на белки, позволяющие синтезировать биопленку, было подтверждено другими методами.

Авторы надеются, что это исследование поможет лучше понять влияние температуры на физиологию вибриона при переходе из среды в организм хозяина, а также на эпидемиологию холеры.