Genregulering af strukturelle og virulens associerede egenskaber i bakterier

Bakterier findes i stort antal og i stort set alle tænkelige miljøer. De fleste miljøer ændrer sig, og celletilpasning er derfor afgørende for fitness. Tilpasning opnås gennem reguleringsmekanismer, der i vid udstrækning fungerer på genudtryksniveau. Strukturelle og virulens associerede træk er normalt stærkt reguleret for at sikre optimal fitness, da disse funktioner ofte dikterer progression af bakterien. Genudtryk er et vigtigt reguleringspunkt, da transskription og translation begge er energimæssigt dyre. Regulering på disse punkter forhindrer ophobning af unødvendige produkter og spild af begrænsede ressourcer. Det genetiske flow af information er en kompleks proces med mange undertrin, der alle er nødvendige for vellykket ekspression af gener. Hvert trin i processen er et reguleringspunkt, og alle trin udnyttes til at finjustere udtryk som svar på et utal af miljømæssige og interne signaler. Vigtige mekanismer til transkriptionel regulering inkluderer reversible DNA-ændringer, alternative σ-faktorer, DNA-bindende transkriptionsfaktorer og tokomponent signal-transduktions-systemer. Vigtige mekanismer til translationel regulering, ofte kaldet post-transkriptionel regulering, inkluderer mRNAnedbrydning, riboswitches, RNA-bindende proteiner og små regulatoriske RNA'er (sRNA'er). Indtil for relativt nylig blev det almindeligvis antaget, at regulering af genekspression hovedsageligt forekommer på transkriptionelt niveau. Undersøgelser af genregulering fokuserede derfor stort set kun på dette aspekt. Som et resultat er der i dag en bred forståelse af mekanismer til transkriptionel regulering. I de senere år er rollen af posttranskriptionel regulering imidlertid blevet tydelig, omend mange af de mekanistiske detaljer stadig ikke forstås. Generelle reguleringskredsløb er et andet område, der ikke er godt beskrevet. Selvom Escherichia coli er den bedst studerede organisme, er kun halvdelen af dens gener blevet undersøgt set fra et regulatorisk synspunkt. For at forstå, hvordan bakterier tilpasser sig, er vi nødt til at forstå, hvordan bakterier regulerer genudtrykket; både fra et overordnet og et detaljeret mekanistisk synspunkt. Med viden om tilpasning vil vi være i stand til at udvikle nye behandlingsmetoder til bekæmpelse af virulente bakterier. Dette bliver stadig vigtigere, da antimikrobiel resistens i stigende grad opstår.

I manuskript I undersøger vi mekanismen for et interessant tilfælde af post-transkriptionel regulering af en vigtig strukturel komponent i curli biofilm. Mekanismen involverer inhibering gennem baseparring af sRNA'er. De binder distale steder i en lang 5'-utranslateret region af mRNA, der koder for curli-masterregulatoren. Normalt inhiberer sRNA'er translation ved baseparring i nærheden af eller over ribosomale bindingssteder, hvilket efterfølgende forårsager nedbrydning af mRNA'er, der ikke aktivt translateres. Vi demonstrerer, at binding af sRNA'er ved de distale områder direkte inducerer spaltning ved en nærliggende A/U-rig region og nærliggende stem-loop-struktur af mRNA’et. Denne spaltning viser vi er den primære årsag til translationel hæmning. Desuden demonstrerer vi, at den A/U-rige region er et Hfq-bindingssted, og at spaltningen er RNase E-afhængig. Sammenlagt fremlægger vi nye detaljer om mekanismen for denne type sRNA-medieret regulering.

I manuskript II beskriver vi detaljeret, hvordan man udfører stedstyret mutagenese. metoden var et vigtigt redskab til bestemmelse af mekanismen beskrevet i manuskript I. Vi håber, at manuskriptet vil hjælpe andre forskningsgrupper med at udføre lignende eksperimenter til at undersøge mekanistiske detaljer om andre systemer.

manuskript III karakteriserede vi det overordnede reguleringskredsløb og den biologiske funktion af et tokomponentsystem involveret i virulens. Vi finder ud af, at det reagerer på glykan-strukturer, der også findes på værtsceller. Efter stimulering med disse strukturer, inducerer systemet ekspression af gener, der kræves til sekventiel nedbrydning, transport og katabolisme af glykaner. Vi finder, at dets rolle i virulens ikke er afhængig af binding til eller invasion af værtsceller, og foreslår i stedet, at det er påkrævet til næringsstofindsamling i nicher, der er fattig for let tilgængelige kulhydrater. Endvidere er systemet og dets regulon specifikt konserveret i beslægtede arter, der er i stand til at katabolisere glykaner. Således giver vi ny indsigt i et reguleringskredsløb, der er konserveret i flere patogene arter.