The Role of Hfq in the Autoaggregation of Escherichia coli

Abstract

A autoagregação é um processo no qual bactérias da mesma espécie formam aglomerados que depositam no fundo de tubos de cultura. Este fenómeno é prevalente em espécies bacterianas encontradas em diversos ambientes e está envolvido em mecanismos de resistência ao stresse e sobrevivência em hospedeiros, podendo ser considerado como parte dos primeiros passos na formação de biofilmes. Neste trabalho foi descoberto que estirpes de E. coli incapazes de produzir Hfq, uma proteína que se liga a RNA, agregam se em maiores proporções do que as estirpes que produzem Hfq. Este novo fenótipo é descrito e analisado sob diversos ângulos e foi feito um grande avanço na compreensão dos seus reguladores. Por exemplo, foram feitas observações macroscópicas e microscópicas, ensaios de autoagregação feitos com mutações pontuais em Hfq, e análise da expressão de proteínas auto-associadoras da superfície de E. coli. Outros fatores que podem contribuir também para a autoagregação, tais como motilidade, quorum sensing e morfologia celular, foram também analizados. Através de várias abordagens, foi possível identificar Hfq como sendo um repressor da autoagregação na fase estacionária de E. coli através da repressão de Antigénio 43 e da formação de Curli, duas proteínas de superfície responsáveis por adesões celulares. Para além disso os resultados sugerem que esta regulação poderá ser mediada por pequenos RNA não codificantes (sRNA). Em resumo demonstrámos uma nova função de Hfq no fenómeno de autoagregação, expandindo os múltiplos papéis desta importante proteína regulatora. Para além disso, este estudo aprofundou o conhecimento sobre os mecanismos e regulação da adesão em E. coli, mas os resultados poderão estender-se a outras espécies bacterianas.

Autoaggregation is a process in which bacteria of the same species form clumps that deposit at the bottom of culture tubes. This phenomenon, found in many bacterial species from numerous environments, is involved in mechanisms of stress resistance, host survival, and is considered to be among the first steps of biofilm formation. E. coli strains that are incapable of producing Hfq, an important protein for the regulation of gene expression mediated by sRNAs, are shown to aggregate at much larger proportions. Although this phenomenon is known, the association between autoaggregation and Hfq remains poorly explored until today. This novel phenotype is described and analysed under different angles, allowing us to increase the knowledge on its regulatory mechanisms. Some examples of the studies performed: macroscopic and microscopic observations to provide visual details of the phenomenon, autoaggregation assays on strains with Hfq-point-mutations, and analysis of the expression of E. coli self-associating surface proteins. Factors which could possibly contribute to autoaggregation, such as motility, quorum sensing, and cell morphology were also explored. Through various approaches, it was possible to identify Hfq as a repressor of autoaggregation in the stationary phase of E. coli. It was shown that this was performed through repression of Antigen 43 and Curli fibers, two surface proteins that are known to be responsible for cellular adhesion, and that this regulation may involve the intervention of sRNA. We thus demonstrated a novel function of Hfq in the autoaggregative phenomenon, expanding the many roles of this important regulatory protein in E. coli. Furthermore, this study deepens the knowledge of how E. coli and other bacterial species may regulate autoaggregation.