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# 生物学# 微生物学

温度が緑膿菌感染に与える影響

研究によって、温度がP. aeruginosaの有害因子の生成にどのように影響するかが明らかになった。

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P.P.aeruginosa:温度と病気を強調してる。aeruginosaの病原性に与える影響研究は温度がP.
目次

緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)は、いろんな環境で生きられるバイ菌の一種だよ。この適応力があるおかげで、他のバイ菌が生き残れないようなところでも生き残れるんだ。たいてい、人間の活動で汚染された土や水によくいる。自然界の一部ではあるけど、特に嚢胞性線維症みたいな特定の健康状態の人には深刻な感染を引き起こすこともある。こいつからの感染は重症化することもあって、最悪の場合は死に至ることもあるんだ。

面白いのは、P. aeruginosaは人間だけじゃなくて爬虫類や昆虫、さらには植物にも感染できるってこと。人を病気にする要因は、環境から来たものでも、病気の人から来たものでも、似たようなものなんだ。

P. aeruginosaの仕組み

P. aeruginosaが有害な要因を生み出す能力は、遺伝子の活動レベルで制御されていて、環境の変化に反応するんだ。これを調整するための重要なシステムが「クオラムセンシング(QS)」って呼ばれてる。QSはバイ菌の間で通信するネットワークみたいなもので、バイ菌が成長すると「オートインデューサー」って呼ばれる信号分子を放出する。これが十分にたまると、バイ菌は行動を変えるように指示されるんだ。

P. aeruginosaには、行動をコントロールするための異なるシステムがあって、その一つは「ラスシステム」と呼ばれ、LasRっていう調整因子と、シグナル分子3-オキソ-C12-HSLを生産するLasIっていう分子が含まれてる。3-オキソ-C12-HSLがLasRに結合すると、バイ菌が病気を引き起こす因子を生成するのを助けるさまざまな遺伝子が活性化されるんだ。

もう一つのシステムは「Rhlシステム」って呼ばれてて、ラスシステムと連携して、バイ菌の存続に重要な「ピオシアニン」っていう分子を含む様々な有害因子の生産を調整するんだ。

P. aeruginosaには、もう一つの「PQSシステム」もあって、こいつは4-ヒドロキシ-2-アルキルキノリンって呼ばれるグループの信号分子を使う。このシステムは他の2つとはちょっと違うけど、やっぱりバイ菌の行動をコントロールするのに重要なんだ。

温度とP. aeruginosa

QSシステムに加えて、P. aeruginosaは温度の変化も感じることができなきゃいけない。人間に感染すると、普段住んでる土や水に比べて暖かい環境に直面するんだ。研究によると、特定の有害因子を生産する能力は温度変化に影響されることがわかってる。

例えば、rhlシステムによって制御されるいくつかの遺伝子は、バイ菌が低温か高温にさらされるかによって活性のレベルが変わるかもしれない。いくつかの研究では、これらの遺伝子の発現が暖かい条件で上がる可能性があるって示唆されてるけど、他の研究では大きな変化は見られなかった。

遺伝子活動に関する発見

私たちの研究では、温度がrhlシステムの重要な調整因子RhlRの活動にどう影響するかを調べたんだ。具体的には、レポータージーンの活動を監視しながらピオシアニンの生産をチェックしたんだ。P. aeruginosaを37℃(哺乳類の内部に似た条件)と25℃(環境温度)で育てた。

驚いたことに、ピオシアニン遺伝子のレベルは、37℃に比べて25℃の低温で高かった。これは予想外だったんだ。暖かい温度の方が遺伝子の活動が多くなると思ってたから。

RhlRがこの活動に責任があることを確認するために、RhlRが欠けてるP. aeruginosaの株を使ったら、どちらの温度でもピオシアニンを生産できなかった。これでRhlRがピオシアニンの生産の温度依存的な変化に必要だってのが確認できたんだ。

さらなる調査

RhlRが低温で高い活動を示す理由を探りたくて、二つの温度でRhlRの量が違うかチェックした。ただ、37℃と25℃のRhlRレベルの間に大きな差はなかったんだ。これから、遺伝子活動の変化はRhlRの生産量によるものじゃなくて、異なる温度でのRhlRの働き方に起因してる可能性が高いって思った。

これを明確にするために、C4-HSLやシャペロンタンパク質PqsEのような信号分子の存在がRhlRの活動にどう影響するか調べた。結果として、通常の信号がなくても、RhlRは低温で活動を示すことができることがわかった。さらに、RhlRの活動は信号分子のレベルよりも温度にもっと依存してるように見えるんだ。

C4-HSLの濃度を調整してバイ菌に与えたところ、RhlRは25℃で37℃よりも活発だった。これが、低温がこの調整因子の活動を高めることを示してるんだ。

P. aeruginosaの感染理解

P. aeruginosaの温度に対する適応能力は、病気を引き起こす仕組みに影響があるかもしれない。その有害因子のいくつかはQSシステムによって制御されていて、このシステムの活動は温度によって変わるんだ。

これをさらに探るために、感染研究のモデルとして蛾の幼虫(Galleria mellonella)を使った。これで、異なる温度がバイ菌の病原性にどんな影響を与えるかを見ることができた。様々な温度で、普通のP. aeruginosaや特定の遺伝子が欠けてる株(rhlRやrhlIみたいな)を含む幼虫のグループを感染させてみた。

37℃の暖かい温度では、変異株は普通の株よりも病原性が低かった。しかし、25℃の低温では、rhlIが欠けてる株は普通の株と同じような病原性を示した。これは、この環境温度では、変異バイ菌が有害因子を効果的に生産できたことを示唆していて、病気を引き起こす能力を高めたってことだね。

まとめ

緑膿菌は様々な環境で生き延びる能力が高いバイ菌で、人間の体の中でも繁殖できる。こいつの有害因子を調整する能力は、その周りの温度に密接に結びついてるんだ。私たちの発見は、低温がRhlRのような重要な調整因子の活動を高めることができることを示していて、バイ菌が信号因子を欠いていても補うことができるようになってるんだ。

この研究は、環境の条件がバイ菌の行動にどんな影響を与えるかを理解するのに大事だし、臨床の場での深刻な脅威としての振る舞いも明らかにするんだ。バイ菌による感染や人間の健康への影響を研究する時には、環境条件を考慮する重要性を強調してる。

結論として、私たちの研究は、P. aeruginosaの素晴らしい適応力を強調してて、異なる環境で繁栄し、有害因子を生産し、変化する条件下で感染を引き起こす可能性を示してる。これからの研究は、環境要因がバイ菌の行動にどう影響するかを探っていくべきだし、これが感染症の理解や治療に繋がるかもしれないね。

オリジナルソース

タイトル: Temperature-responsive control of Pseudomonas aeruginosa virulence determinants through the stabilization of quorum sensing transcriptional regulator RhlR

概要: The versatile bacterium Pseudomonas aeruginosa thrives in diverse environments and is notably recognized for its role as an opportunistic pathogen. In line with its adaptability, P. aeruginosa produces various exoproducts crucial for survival and virulence, several of which regulated through quorum sensing (QS). These factors are also regulated in response to environmental cues, such as temperature changes. As a pathogen, P. aeruginosa is generally thought to activate its virulence factors at temperatures akin to warm-blooded hosts rather than environmental temperatures. Recent studies elucidated the functional structure of the QS transcriptional regulator RhlR, which depends on the stabilizing effects of its cognate autoinducing ligand, N-butanoyl-L-homoserine lactone (C4-HSL), and of the moonlighting chaperone PqsE. Given the influence of temperature on biomolecular dynamics, we investigated how it affects RhlR activity using the RhlR-regulated phzA1 promoter as a proxy. Unexpectedly, we found that RhlR activity is higher at 25{degrees}C than at 37{degrees}C. This temperature-dependent regulation likely stems from altered RhlR turnover, with the presence of PqsE extending RhlR activity tenfold from its basal level at 37{degrees}C to that observed at 25{degrees}C. This lower, environmental-like temperature promotes increased affinity between RhlR and C4-HSL, a trait significantly compromised in the absence of PqsE. These results suggest that this response depends on the structural integrity of the complex, indicating that temperature functions as an additional regulating and stabilizing factor of RhlR function. Accordingly, lower growth temperature fails to increase the activity of a structurally stabilized version of RhlR. The thermoregulation aspect of RhlR activity and signalling impacts the virulence profile of a mutant unable to produce C4-HSL, underscoring its significance in bacterial behaviours and potentially conferring an evolutionary advantage. Author SummaryPseudomonas aeruginosa is recognized for its capacity to colonize vastly different environments, thereby encountering a range of temperatures. The bacteriums ability to adapt to these settings necessitates finely regulated gene expression. Within this regulatory framework lies quorum sensing (QS), the intercellular communication system used by P. aeruginosa to orchestrate the expression of genes responsible for producing diverse exoproducts, including the blue phenazine pyocyanin. RhlR primarily governs the expression of genes required for pyocyanin production, including the phz1 operon. Unlike other QS regulators, RhlR possesses a distinctive characteristic - in addition to its cognate signalling ligand C4-HSL, it depends on the presence of the chaperone-like protein PqsE for stability and activity. This intrinsic instability implies that RhlR may be susceptible to external influences that can modulate its function. Indeed, a lower culture temperature, akin to an environmental-like condition, induces the transcription of the phz1 operon, used as a proxy for RhlR activity. Using a combination of genetic approaches, we present evidence that this thermoregulation is due to an impact on the stability of the RhlR/C4-HSL/PqsE complex. We further show the biological effect of this regulation mechanism in an infection setting, which could underscore a relevant role for other bacterial behaviours.

著者: Eric Deziel, T. de Oliveira Pereira, M.-C. Groleau, N. Doucet

最終更新: 2024-05-13 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.13.593818

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.13.593818.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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