610 Medizin und Gesundheit
Refine
Has Fulltext
- yes (2)
Is part of the Bibliography
- yes (2)
Document Type
- Journal article (1)
- Doctoral Thesis (1)
Keywords
- bacteriophage (2) (remove)
Institute
EU-Project number / Contract (GA) number
- 819800 (1)
The Gram-negative rod-shaped bacterium Pseudomonas aeruginosa is not only a major cause of nosocomial infections but also serves as a model species of bacterial RNA biology. While its transcriptome architecture and posttranscriptional regulation through the RNA-binding proteins Hfq, RsmA, and RsmN have been studied in detail, global information about stable RNA-protein complexes in this human pathogen is currently lacking. Here, we implement gradient profiling by sequencing (Grad-seq) in exponentially growing P. aeruginosa cells to comprehensively predict RNA and protein complexes, based on glycerol gradient sedimentation profiles of >73% of all transcripts and ∼40% of all proteins. As to benchmarking, our global profiles readily reported complexes of stable RNAs of P. aeruginosa, including 6S RNA with RNA polymerase and associated product RNAs (pRNAs). We observe specific clusters of noncoding RNAs, which correlate with Hfq and RsmA/N, and provide a first hint that P. aeruginosa expresses a ProQ-like FinO domain-containing RNA-binding protein. To understand how biological stress may perturb cellular RNA/protein complexes, we performed Grad-seq after infection by the bacteriophage ΦKZ. This model phage, which has a well-defined transcription profile during host takeover, displayed efficient translational utilization of phage mRNAs and tRNAs, as evident from their increased cosedimentation with ribosomal subunits. Additionally, Grad-seq experimentally determines previously overlooked phage-encoded noncoding RNAs. Taken together, the Pseudomonas protein and RNA complex data provided here will pave the way to a better understanding of RNA-protein interactions during viral predation of the bacterial cell.
IMPORTANCE Stable complexes by cellular proteins and RNA molecules lie at the heart of gene regulation and physiology in any bacterium of interest. It is therefore crucial to globally determine these complexes in order to identify and characterize new molecular players and regulation mechanisms. Pseudomonads harbor some of the largest genomes known in bacteria, encoding ∼5,500 different proteins. Here, we provide a first glimpse on which proteins and cellular transcripts form stable complexes in the human pathogen Pseudomonas aeruginosa. We additionally performed this analysis with bacteria subjected to the important and frequently encountered biological stress of a bacteriophage infection. We identified several molecules with established roles in a variety of cellular pathways, which were affected by the phage and can now be explored for their role during phage infection. Most importantly, we observed strong colocalization of phage transcripts and host ribosomes, indicating the existence of specialized translation mechanisms during phage infection. All data are publicly available in an interactive and easy to use browser.
Infektionen durch MRSA können aufgrund der zunehmenden Therapieresistenz der Erreger ernsthafte Verläufe zeigen. Daher ist die Entwicklung alternativer Behandlungsstrategien ein Ziel der aktuellen Infektionsforschung. Ein vielversprechender Ansatz liegt in der Verwendung pathogenspezifischer, monoklonaler Antikörper gegen immunodominante Antigene der Erreger. Durch die Fortschritte in der Genomforschung der vergangenen Jahre ist nun die Analyse der Gesamtheit der Pathogenitätsfaktoren eines bakteriellen Erregers möglich. Durch eine funktionelle Genomanalyse mit Hilfe immunologischer Detektionssysteme können antigene Bakterienzellstrukturen identifiziert werden. Daraus abgeleitete Targetstrukturen sollen die Grundlage bilden für die Entwicklung spezifischer humaner Antikörper, die in alternativen Therapieansätzen zusätzlich zur antimikrobiellen Chemotherapie zukünftig an Bedeutung gewinnen werden. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Expressionsgenbank eines MRSA-Stammes hergestellt und mittels Patientenseren nach immunodominanten Antigenen gesucht. Die aus einem Partialverdau der genomischen DNA gewonnenen Fragmente wurden in einen Expressionsvektor kloniert. Die so hergestellte Genbank des ausgewählten MRSA-Stammes A 134 umfasst ca. 10000 Klone. Ein vergleichendes Screening der Genbank erfolgte mit dem Serum eines Patienten mit einer MRSA-Sepsis und mit dem Serum einer negativen Kontrollperson. Die DNA-Inserts der immunoreaktiven Klone wurden sequenziert und durch Datenbankvergleiche identifiziert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen deutlich, dass der gewählte Ansatz geeignet ist, um immunodominante Antigene, die während einer Sepsis exprimiert werden, zu identifizieren. Die in der vorliegenden Arbeit gefundenen putativen immunodominanten Antigenstrukturen umfassen ein Holin, die Amidase LytA, Faktoren des isd-Genclusters, der für die Cadmiumresistenz wichtige Transporter CadA, unbekannte Proteine der Staphylokokken-Pathogenitätsinsel SaPI3 und Protein A. Interessanterweise wurden durch den methodischen Ansatz vorwiegend Proteine auf mobilen genetischen Elementen identifiziert. Diese Ergebnisse legen nahe, dass während einer S. aureus-Infektion nicht nur Gene für das Wachstum der Zellen und Virulenzfaktoren wie Toxine und Adhäsine, sondern auch mobile Elemente exprimiert werden. Die Bedeutung dieser Prozesse für das Infektionsgeschehen ist allerdings bislang unbekannt und zukünftige Untersuchungen müssen zeigen, inwieweit diese Elemente für die Pathogenese von Bedeutung sind. Die in dieser Arbeit identifizierten Antigene müssen auch in zukünftigen Arbeiten durch Subklonierung weiter charakterisiert werden. Eine weitere interessante Beobachtung ist die Identifizierung eines Bakteriophagens, der in das isd-Gencluster inserierte, das für die Aufnahme von Eisen eine Bedeutung besitzt. Inwieweit durch die Insertion des Phagens die Eisenaufnahme in dem klinischen Isolat gestört wird, müssen zukünftige Studien zeigen. Die positive Reaktion des Patientenserums mit dem Protein A ist am wahrscheinlichsten auf die Antiköperbindung am FC-Fragment zurückzuführen. Es ist jedoch auch möglich, dass während der Infektion verstärkt Protein A gebildet wird, das durch die Bindung von Antikörpern am Fc-Teil eine immunsuppressive Wirkung durch die Neutralisierung opsonisierender und Toxin-inaktivierender Antikörper besitzt. Durch die Sequenzierung und Datenbankanalyse der positiven Klone konnte ein erster Überblick über immunodominante Antigene von S. aureus erhalten werden. Da auf den Insertelementen meist mehrere putative Antigene kodiert sind, müssen in zukünftigen Arbeiten die identifizierten Insertelemente subkloniert und damit weiter charakterisiert werden. Dadurch sollte es möglich sein, die immunogenen Strukturen zu erkennen und diese für die Entwicklung monoklonaler Antikörper zu nutzen.