Quorum Sensing by the Bacterial Signal Autoinducer-2 : Phylogenetic Distribution of the Synthesis Gene LuxS, and its Role in Shewanella oneidensis
Pseudomonas aeruginosa, an important human pathogen, does not produce AI-2. However, it is possible that a few of its quorum sensing controlled virulence genes are stimulated in the presence of AI-2. This stimulation could not be confirmed here. AI-2 is the side product of the Bacteria-specific LuxS enzyme and has an important role for detoxification of S-adenosyl-homocysteine (SAH) in the activated methyl cycle. Some bacteria, however, use the SAH hydrolase for the same purpose. In this study, 164 marine isolates were tested for the presence of the luxS and sahH genes. Within one phylogenetic group, phylum or genus, these isolates used one pathway consistently and in congruence with fully-sequenced organisms. Therefore the presence of these genes and also AI-2 production are determined by the phylogenetic position and biased only slightly by the life mode of a species. To elucidate the role of the luxS gene in Shewanella oneidensis, insertion and deletion luxS mutants as well as an insertion control were constructed. The insertion luxS mutant and its control (luxS-ins and WTKm) were compared in their growth, AI-2 production, secretome, biofilm growth and siderophore production. Both strains grew at identical growth rates. The WTKm strain produced AI-2 at wildtype levels, while the luxS-ins mutant did not. In the secretome study, marginal differences were observed in a complex LB medium. In a defined minimal medium, the biofilm of the luxS-ins mutant developed faster and exhibited a less- structured, less-compact biofilm structure than that of the WTKm strain. Also in a defined minimal medium, the luxS-ins mutant produced more siderophores than WTKm strains after two days’ incubation. If these phenotype changes of the luxS mutant were caused by the absence of AI-2, this can be determined first after complementation with AI-2.
P. aeruginosa, ein wichtiges Humanpathogen, produziert kein AI-2. Dennoch können einige seiner Quorum Sensing kontrollierten Virulenzgene in Gegenwart von AI-2 leicht stimuliert werden. Diese Stimulation konnte nicht bestätigt werden. AI-2 ist ein Nebenprodukt des für Bakterien spezifischen LuxS Enzyms, das eine wichtige Rolle für die Entgiftung des Moleküls S-Adenosyl-Homocystein (SAH) im aktivierten Methylzyklus spielt. Manche Bakterien nutzen jedoch SAH Hydrolase für die Entgiftung. In dieser Studie, wurden 164 marine Isolate auf die Präsenz der luxS und sahH Gene getestet. Die Isolate sowie die vollsequenzierten Organismen nutzen ausschließlich einen dieser Wege, darüber hinaus denselben Weg innerhalb einer phylogenetischen Gruppe, Phylum oder Genus. Somit wird die Präsenz dieser Gene und daher die AI-2 Produktion durch die phylogenetische Position und nur geringfügig durch die Lebensweise einer Spezies bestimmt. Um die Rolle des luxS Genes in Shewanella oneidensis zu klären, wurden Insertions- und Deletionsmutanten des luxS Genes, sowie eine Insertionskontrolle konstruiert. Die Insertionsmutante und deren Kontrolle (luxS-ins and WTKm) wurden in den Phänotypen Wachstum, AI-2 Produktion, Sekretom, Biofilmwachstum und Siderophore-Produktion verglichen. Beide Stämme wuchsen identisch schnell. Der WTKm Stamm produzierte AI-2 auf dem Niveau des Wildtypes, die luxS-ins Mutante produzierte jedoch kein AI-2. In der Sekretom-Analyse konnten marginale Unterschiede im komplexen Medium festgestellt werden. Im definierten Minimalmedium, entwickelte sich der Biofilm der luxS-ins Mutante schneller und zeigte eine weniger differenzierte, weniger feste Biofilmstruktur als der WTKm Stamm. Ebenso im definierten Minimalmedium, produzierte die luxS-ins Mutante mehr Siderophore als der WTKm Stamm nach zwei Tagen Inkubation. Ob die Phänotypen der luxS Mutante durch den Mangel an AI-2 verursacht wurden, kann erst durch die Komplementierung mit AI-2 bestätigt werden.
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