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The impact of Ribonuclease R in Streptococcus pneumoniae biofilm formation
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Autores
Resumo(s)
Streptococcus pneumoniae é um organismo patogénico e oportunista que coloniza
o trato respiratório superior do Humano, e é considerado uma das principais causas de
pneumonia e meningite. A formação de biofilme é um passo crucial nas infeções por S.
pneumoniae. Durante a infeção, as adaptações às condições de stress encontradas dentro
do hospedeiro implicam a regulação da expressão génica. As Ribonucleases, enquanto
enzimas que processam, degradam e fazem controlo de qualidade dos RNAs celulares,
são elementos importantes tanto para a adaptação ao stress, como para a virulência.
A RNase R é a única exoribonuclease 3´–5´que consegue degradar RNAs em
estruturas complexas e for demonstrado, em S. pneumoniae, que esta RNase é necessária
para a infeção e formação de biofilme. A adesão é um passo fundamental para a formação
de biofilme e a LytA, a autolisina principal de pneumococcus, é essencial para os
primeiros passos da formação de biofilme. Neste trabalho foi demonstrado que a ausência
da RNase R reduz significativamente os níveis dos transcritos de lytA.
A composição dos ácidos gordos da membrana também afeta a formação de
biofilme, dado que estas moléculas sofrem modificações quando as células estão
estruturadas em biofilmes. Os resultados desta tese de Mestrado demonstram que a RNase
R controla também os níveis de transcritos de diversos genes da via biosintética de
produção de ácidos gordos. Estas mudanças podem levar a alterações do estado da
membrana, e interferir nos ajustes na composição de ácidos gordos, que são fundamentais
para a formação e manutenção do biofilme. Para além disso, a sensibilidade de S.
pneumoniae ao Desoxicolato de Sódio varia consoante a composição membranar dos a
ácidos gordos. Nesta linha de raciocínio, foram apresentados resultados que demonstram
que a estirpe sem RNase R apresentou menor resistência nos ensaios de lise com
Desoxicolato de Sódio.
Resultados previamente publicados pelo nosso grupo de trabalho demonstram
que a resistência de S. pneumoniae ao stress oxidativo provocado por H2O2 é altamente
dependente da RNase R, mas os mecanismos moleculares eram desconhecidos. Neste
trabalho, os níveis de RNase R foram quantificados, e os resultados demonstram um
incremento na presença de H2O2, demonstrando que esta enzima é expressa enquanto
resposta ao stress oxidativo. O estado da membrana bacteriana foi também relacionado
com a capacidade da bactéria para escapar ao stress oxidativo, e o facto de a RNase R
controlar a expressão génica de alguns genes do operão de síntese de ácidos gordos podem
ajudar a justificar a resistência reduzida ao H2O2 que se observa no mutante em que a
enzima está ausente.
Este trabalho mostra que a RNase R regula a expressão de genes importantes tanto
para a adesão, como para a formação de biofilme, proporcionando uma possível
explicação para a menor taxa de formação de biofilme no mutante de RNase R. Pode
também ser a razão para a sua sensibilidade mais elevada ao desoxicolato de sódio e ao
H2O2. Podemos concluir que a RNase R é um fator importante para a resistência ao stress
em S. pneumoniae.
Streptococcus pneumoniae is an opportunistic pathogen that colonizes the human upper respiratory tract, being a leading cause of pneumonia and meningitis. Biofilm formation is a crucial step in infections by S. pneumoniae. During infection, adaptation to stress conditions inside the host requires the modulation of gene expression. Ribonucleases, the enzymes which process, degrade and perform quality control of the cellular RNAs, play a crucial role in this control and, therefore, they are important for stress adaptation and virulence. RNase R is the only 3´–5´exoribonuclease which can degrade highly structured RNAs, and it was shown that in S. pneumoniae RNase R is necessary for infection and biofilm production. Adhesion is a fundamental step in biofilm formation, and LytA, the major pneumococcal autolysin, is essential for the early steps of biofilm formation. In this work we show that the absence of RNase R significantly reduces lytA transcript levels. The fatty acid composition of the membrane also affects biofilm formation, as membrane fatty acids were reported to change in biofilm cells. The results from this Master Thesis demonstrated that RNase R also controls the transcript levels of several genes from the fatty acid biosynthesis pathway. These changes may lead to an altered membrane state and interfere with the adjustments in the fatty acid composition, which are necessary for biofilm formation and maintenance. Furthermore, S. pneumoniae sensibility to sodium deoxycholate varies depending on the fatty acid membrane composition. In agreement with this, we have shown that the strain lacking RNase R exhibited lower resistance in sodium deoxycholate killing assays. Results previously published by our group demonstrated that the resistance of S. pneumoniae to oxidative stress caused by H2O2 is highly dependent on RNase R, but the molecular mechanisms involved were unknown. In the present work, the levels of RNase R were quantified, and the results showed that they increased in the presence of H2O2, implying that this enzyme is overexpressed in response to the oxidative stress. The membrane state has also been related with the ability to overcome oxidative stress, and the fact that RNase R controls the expression of the fatty acid biosynthesis cluster might be a reason for the lower resistance of the RNase R mutant to H2O2. This work shows that RNase R regulates the expression of important genes for adhesion and membrane fatty acid composition, providing a possible explanation for the lower biofilm forming ability of the RNase R mutant. It might also be a reason for the higher sensibility to sodium deoxycholate and H2O2. We conclude that RNase R is an important factor for stress resistance in S. pneumoniae.
Streptococcus pneumoniae is an opportunistic pathogen that colonizes the human upper respiratory tract, being a leading cause of pneumonia and meningitis. Biofilm formation is a crucial step in infections by S. pneumoniae. During infection, adaptation to stress conditions inside the host requires the modulation of gene expression. Ribonucleases, the enzymes which process, degrade and perform quality control of the cellular RNAs, play a crucial role in this control and, therefore, they are important for stress adaptation and virulence. RNase R is the only 3´–5´exoribonuclease which can degrade highly structured RNAs, and it was shown that in S. pneumoniae RNase R is necessary for infection and biofilm production. Adhesion is a fundamental step in biofilm formation, and LytA, the major pneumococcal autolysin, is essential for the early steps of biofilm formation. In this work we show that the absence of RNase R significantly reduces lytA transcript levels. The fatty acid composition of the membrane also affects biofilm formation, as membrane fatty acids were reported to change in biofilm cells. The results from this Master Thesis demonstrated that RNase R also controls the transcript levels of several genes from the fatty acid biosynthesis pathway. These changes may lead to an altered membrane state and interfere with the adjustments in the fatty acid composition, which are necessary for biofilm formation and maintenance. Furthermore, S. pneumoniae sensibility to sodium deoxycholate varies depending on the fatty acid membrane composition. In agreement with this, we have shown that the strain lacking RNase R exhibited lower resistance in sodium deoxycholate killing assays. Results previously published by our group demonstrated that the resistance of S. pneumoniae to oxidative stress caused by H2O2 is highly dependent on RNase R, but the molecular mechanisms involved were unknown. In the present work, the levels of RNase R were quantified, and the results showed that they increased in the presence of H2O2, implying that this enzyme is overexpressed in response to the oxidative stress. The membrane state has also been related with the ability to overcome oxidative stress, and the fact that RNase R controls the expression of the fatty acid biosynthesis cluster might be a reason for the lower resistance of the RNase R mutant to H2O2. This work shows that RNase R regulates the expression of important genes for adhesion and membrane fatty acid composition, providing a possible explanation for the lower biofilm forming ability of the RNase R mutant. It might also be a reason for the higher sensibility to sodium deoxycholate and H2O2. We conclude that RNase R is an important factor for stress resistance in S. pneumoniae.
Descrição
Palavras-chave
Microbiologia médica Streptococcus pneumoniae Pneumonia Meningite RNase R RNA Ribonucleases Biofilme