Пермь
Perm
Пермь
Perm
Пермь
Perm
Адаптивный ответ бактерий на стрессорное воздействие условий среды формируется за счет изменения генно-экспрессионного профиля клетки посредством функционирования регуляторных сетей. Сигналами в них выступают естественные метаболиты клетки, в частности индол, а также вторичные мессенджеры (p)ppGpp и цАМФ, взаимное влияние которых недостаточно изучено и представляет собой цель данного исследования. Родительский штамм E. coli BW25141 ((p)ppGpp+) и нокаут BW25141ΔrelAΔspoT ((p)ppGpp0), не способный синтезировать (p)ppGpp, культивировали на среде М9 с различным содержанием глюкозы (5.6 и 22.2 мМ), в присутствии триптофана в качестве субстрата для синтеза индола и в его отсутствие. Содержание глюкозы измеряли глюкозооксидазным методом, уровень индола – при помощи ВЭЖХ, концентрацию цАМФ – методом ELISA. Начало возрастания исходно низкого внутриклеточного содержания цАМФ совпадало с исчерпанием глюкозы в среде. Максимальный уровень накопления цАМФ в клетках был пропорционален концентрации исходно добавленной глюкозы. При этом (p)ppGpp0 мутант демонстрировал снижение максимального уровня цАМФ по сравнению с (p)ppGpp+ родителем, наиболее выраженное на среде с 22.2 мМ глюкозы. Таким образом, (p)ppGpp положительно регулирует образование цАМФ. Известно, что промотор триптофаназного оперона, ответственного за биосинтез индола, находится под положительным контролем механизма катаболитной репрессии. Поэтому в клетках (p)ppGpp+ штамма в условиях низкой скорости спонтанного образования индола на бестриптофановой среде значительно усиливался его синтез в ответ на возрастание уровня цАМФ при исчерпании глюкозы, чего не наблюдалось у (p)ppGpp0 мутанта с пониженным накоплением цАМФ. При добавке триптофана оба штамма демонстрировали высокую продукцию индола, что сопровождалось снижением уровня накопления цАМФ по сравнению с бестриптофановым контролем. Таким образом, (p)ppGpp при исчерпании глюкозы положительно регулирует накопление цАМФ и индола, который, в свою очередь, снижает образование цАМФ.
Bacterial stress adaptive response is formed due to changes in the cell gene expression profile in response to alterations in environmental conditions through the functioning of regulatory networks. The mutual influence of network signaling molecules represented by cells’ natural metabolites, including indole and second messengers (p)ppGpp and cAMP, is hitherto not well understood, being the aim of this study. E. coli parent strain BW25141 ((p)ppGpp+) and deletion knockout BW25141ΔrelAΔspoT which is unable to synthesize (p)ppGpp ((p)ppGpp0) were cultivated in M9 medium supplemented with different glucose concentrations (5.6 and 22.2 mM) in the presence of tryptophan as a substrate for indole synthesis and in its absence. The glucose content was determined with the glucose oxidase method; the indole content, by means of HPLC; and the cAMP concentration, by ELISA. The onset of an increase in initially low intracellular cAMP content coincided with the depletion of glucose in the medium. Maximum cAMP accumulation in the cells was proportional to the concentration of initially added glucose. At the same time, the (p)ppGpp0 mutant showed a decrease in maximum cAMP levels compared to the (p)ppGpp+ parent, which was the most pronounced in the medium with 22.2 mM glucose. So, (p)ppGpp was able to positively regulate cAMP formation. The promoter of the tryptophanase operon responsible for indole biosynthesis is known to be under the positive control of catabolic repression. Therefore, in the cells of the (p)ppGpp+ strain grown in the tryptophan-free medium that were characterized by a low rate of spontaneous indole formation, its synthesis significantly increased in response to the rising cAMP level just after glucose depletion. However, this was not observed in the (p)ppGpp0 mutant cells with reduced cAMP accumulation. When tryptophan was added to the medium, both of these strains demonstrated high indole production, which was accompanied by a decrease in cAMP accumulation compared to the tryptophan-free control. Thus, under glucose depletion, (p)ppGpp can positively regulate the accumulation of both cAMP and indole, while the latter, in its turn, has a negative effect on cAMP formation.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.