Fitness correlates with the extent of cheating in a bacterium.

There is growing awareness of the importance of cooperative behaviours in microbial communities. Empirical support for this insight comes from experiments using mutant strains, termed 'cheats', which exploit the cooperative behaviour of wild-type strains. However, little detailed work has gone into characterising the competitive dynamics of cooperative and cheating strains. We test three specific predictions about the fitness consequences of cheating to different extents by examining the production of the iron-scavenging siderophore molecule, pyoverdin, in the bacterium Pseudomonas aeruginosa. We create a collection of mutants that differ in the amount of pyoverdin that they produce (from 1% to 96% of the production of paired wild types) and demonstrate that these production levels correlate with both gene activity and the ability to bind iron. Across these mutants, we found that (1) when grown in a mixed culture with a cooperative wild-type strain, the relative fitness of a mutant is negatively correlated with the amount of pyoverdin that it produces; (2) the absolute and relative fitness of the wild-type strain in the mixed culture is positively correlated with the amount of pyoverdin that the mutant produces; and (3) when grown in a monoculture, the absolute fitness of the mutant is positively correlated with the amount of pyoverdin that it produces. Overall, we demonstrate that cooperative pyoverdin production is exploitable and illustrate how variation in a social behaviour determines fitness differently, depending on the social environment.

Flippase (FLP) recombinase-mediated marker recycling in the dermatophyte Arthroderma vanbreuseghemii.

Biological processes can be elucidated by investigating complex networks of relevant factors and genes. However, this is not possible in species for which dominant selectable markers for genetic studies are unavailable. To overcome the limitation in selectable markers for the dermatophyte Arthroderma vanbreuseghemii (anamorph: Trichophyton mentagrophytes), we adapted the flippase (FLP) recombinase-recombination target (FRT) site-specific recombination system from the yeast Saccharomyces cerevisiae as a selectable marker recycling system for this fungus. Taking into account practical applicability, we designed FLP/FRT modules carrying two FRT sequences as well as the flp gene adapted to the pathogenic yeast Candida albicans (caflp) or a synthetic codon-optimized flp (avflp) gene with neomycin resistance (nptII) cassette for one-step marker excision. Both flp genes were under control of the Trichophyton rubrum copper-repressible promoter (PCTR4). Molecular analyses of resultant transformants showed that only the avflp-harbouring module was functional in A. vanbreuseghemii. Applying this system, we successfully produced the Ku80 recessive mutant strain devoid of any selectable markers. This strain was subsequently used as the recipient for sequential multiple disruptions of secreted metalloprotease (fungalysin) (MEP) or serine protease (SUB) genes, producing mutant strains with double MEP or triple SUB gene deletions. These results confirmed the feasibility of this system for broad-scale genetic manipulation of dermatophytes, advancing our understanding of functions and networks of individual genes in these fungi.

Flagellin promotes myeloid differentiation factor 88-dependent development of Th2-type response.

Activation of dendritic cells (DC) by microbial products via Toll-like receptors (TLR) is instrumental in the induction of immunity. In particular, TLR signaling plays a major role in the instruction of Th1 responses. The development of Th2 responses has been proposed to be independent of the adapter molecule myeloid differentiation factor 88 (MyD88) involved in signal transduction by TLRs. In this study we show that flagellin, the bacterial stimulus for TLR5, drives MyD88-dependent Th2-type immunity in mice. Flagellin promotes the secretion of IL-4 and IL-13 by Ag-specific CD4(+) T cells as well as IgG1 responses. The Th2-biased responses are associated with the maturation of DCs, which are shown to express TLR5. Flagellin-mediated DC activation requires MyD88 and induces NF-kappaB-dependent transcription and the production of low levels of proinflammatory cytokines. In addition, the flagellin-specific response is characterized by the lack of secretion of the Th1-promoting cytokine IL-12 p70. In conclusion, this study suggests that flagellin and, more generally, TLR ligands can control Th2 responses in a MyD88-dependent manner.

An investigation into the functional role of the D1:1 and D1:2 polypeptides in photosystem II in cyanobacteria : the effect of changing PSI/PSII ratio on photoinhibition in Synechococcus sp. PCC7942 /

The cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7942 (Anacystis nidulans R2) adjusts its photosynthetic function by changing one of the polypeptides of photosystem II. This polypeptide, called Dl, is found in two forms in Synechococcus sp. PCC 7942. Changing the growth light conditions by increasing the light intensity to higher levels results in replacement of the original form of D 1 polypeptide, D 1: 1, with another form, D 1 :2. We investigated the role of these two polypeptides in two mutant strains, R2S2C3 (only Dl:l present) and R2Kl (only Dl:2 present) In cells with either high or low PSI/PSII. R2S2C3 cells had a lower amplitude for 77 K fluorescence emission at 695 nm than R2Kl cells. Picosecond fluorescence decay kinetics showed that R2S2C3 cells had shorter lifetimes than R2Kl cells. The lower yields and shorter lifetimes observed in the D 1 and Dl:2 containing cells. containing cells suggest that the presence of D 1: 1 results in more photochemical or non-photochemical quenching of excitation energy In PSII. One of the most likely mechanisms for the increased quenching in R2S2C3 cells could be an increased efficiency in the transfer of excitation energy from PSII to PSI. However, photophysical studies including 77 K fluorescence measurements and picosecond time resolved decay kinetics comparing low and high PSI/PSII cells did not support the hypothesis that D 1: 1 facilitates the dissipation of excess energy by energy transfer from PSII to PSI. In addition physiological studies of oxygen evolution measurements after photoinhibition treatments showed that the two mutant cells had no difference in their susceptibility to photoinhibition with either high PSI/PSII ratio or low PSI/PSII ratio. Again suggesting that, the energy transfer efficiency from PSII to PSI is likely not a factor in the differences between Dl:l and Dl:2 containing cells.

Synechococcus sp. PCC 7002 CpcB lyase null mutations alter phycocyanin chromophore function and, consequently, affect the redistribution of excitation energy via the light state transition /

Phycobilisomes are the major light harvesting complexes for cyanobacteria and phycocyanin is the primary phycobiliprotein of the phycobilisome rod. The phycocyanobilin lyases responsible for chromophorylating the phycocyanin p subunit (CpcB) have been recently identified in the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002. Surprisingly, mutants missing the CpcB lyases were nevertheless capable of producing pigmented phycocyanin. 10K absorbance measurements revealed that the energy states of the p phycocyanin chromophores were only subtly shifted; however, 77K steady state fluorescence emission spectroscopy showed excitation energy transfer involving the targeted chromophores to be highly disrupted. Such evidence suggests that phycobilin orientation within the binding domain is specifically modified. We hypothesized that alternate, less specific lyases are able to act on the p binding sites. A phycocyanin linker-polypeptide deficient mutant was similarly characterized. The light state transition, a short term adaptation of the photosynthetic light harvesting apparatus resulting in the redistribution of excitation energy among the photo systems, was shown to be dominated by the reallocation of phycocyanin-absorbed excitation energy. Treatment with a high M phosphate buffer effectively prevented the redistribution of both chlorophyll a- and phycobilisome- absorbed excitation energy, suggesting that the two effects are not strictly independent. The mutant strains required a larger redistribution of excitation energy between light states, perhaps to compensate for their loss in phycobilisome antenna function.

Analysis of a temperature sensitive mutation affecting aldehyde oxidase activity in Drosophila melanogaster

A strain of Drosophila melanogaster (mid america stock culture no. hl16) has been reported to be deficient in aldehyde oxidase activity (Hickey and Singh 1982). This strain was characterized during the course of this study and compared to other mutant strains known to be deficient in aldehyde oxidase activity. During the course of this investigation, the hl16 strain was found to be temperature sensitive in its viability. It was found that the two phenotypes, the enzyme deficiency, and the temperature sensitive lethality were the result of two different mutations, both mapping to the X-chromosome. These two mutations were found to be separable by recombination. The enzyme deficiency was found to map to the same locus as the cinnamon mutation, another mutation which affects aldehyde oxidase production. The developmental profile of aldehyde oxidase in the hl16 strain was compared to the developmental profile in the Canton S wild type strain. The aldehyde oxidase activity in adult hl16 individuals was also compared to that of various other strains. It was also found that the aldehyde oxidase activity was temperature sensitive in the adult flies. The temperature sensitive lethality mutation was mapped to position 1-0.1.

Étude du rôle spécifique du système à deux composantes PhoBR et du système Pst (phosphate specific transport) dans la virulence d’une souche pathogène aviaire de Escherichia coli (APEC)

Les souches d’Escherichia coli pathogènes aviaires (APEC) sont responsables d’infections respiratoires et de septicémies chez la volaille. Le régulon Pho est contrôlé conjointement par le système à deux composantes PhoBR et par le système de transport spécifique du phosphate (Pst). Afin de déterminer l’implication de PhoBR et du système Pst dans la pathogenèse de la souche APEC O78 χ7122, différentes souche mutantes phoBR et pst ont été testées pour divers traits de virulence in vivo et in vitro. Les mutations menant à l’activation constitutive du régulon Pho rendaient les souches plus sensibles au peroxyde d’hydrogène et au sérum de lapin comparativement à la souche sauvage. De plus, l’expression des fimbriae de type 1 était affectée chez ces souches. L’ensemble des mutants Pho-constitutifs étaient aussi significativement moins virulents que la souche sauvage dans un modèle de coinfection de poulet, incluant les souches avec un système Pst fonctionnel. De plus, l’inactivation du régulateur PhoB chez un mutant Pst restaure la virulence. Par ailleurs, l’inactivation de PhoB n’affecte pas la virulence de la souche χ7122 dans notre modèle. De manière intéressante, le degré d’atténuation des souches mutantes corrèle directement avec le niveau d’activation du régulon Pho. Globalement, les résultats indiquent que l’activation du régulon Pho plutôt que le transport du phosphate via le système Pst joue un rôle majeur dans l’atténuation des APEC.

Étude de la régulation de la nitrogénase chez Rhodobacter capsulatus dans la noirceur

L’atmosphère terrestre est très riche en azote (N2). Mais cet azote diatomique est sous une forme très stable, inutilisable par la majorité des êtres vivants malgré qu’il soit indispensable pour la synthèse de matériels organiques. Seuls les procaryotes diazotrophiques sont capables de vivre avec le N2 comme source d’azote. La fixation d’azote est un processus qui permet de produire des substances aminées à partir de l’azote gazeux présent dans l’atmosphère (78%). Cependant, ce processus est très complexe et nécessite la biosynthèse d’une vingtaine de protéines et la consommation de beaucoup d’énergie (16 molécules d’ATP par mole de N2 fixé). C’est la raison pour laquelle ce phénomène est rigoureusement régulé. Les bactéries photosynthétiques pourpres non-sulfureuses sont connues pour leur capacité de faire la fixation de l’azote. Les études faites à la lumière, dans le mode de croissance préféré de ces bactéries (photosynthèse anaérobie), ont montré que la nitrogénase (enzyme responsable de la fixation du diazote) est sujet d’une régulation à trois niveaux: une régulation transcriptionnelle de NifA (protéine activatrice de la transcription des gènes nif), une régulation post-traductionnelle de l’activité de NifA envers l’activation de la transcription des autres gènes nif, et la régulation post-traductionnelle de l’activité de la nitrogénase quand les cellules sont soumises à un choc d’ammoniaque. Le système de régulation déjà décrit fait intervenir essentiellement une protéine membranaire, AmtB, et les deux protéines PII, GlnB et GlnK. Il est connu depuis long temps que la nitrogénase est aussi régulée quand une culture photosynthétique est exposée à la noirceur, mais jusqu’aujourd’hui, on ignore encore la nature des systèmes intervenants dans cette régulation. Ainsi, parmi les questions qui peuvent se poser: quelles sont les protéines qui interviennent dans l’inactivation de la nitrogénase lorsqu’une culture anaérobie est placée à la noirceur? Une analyse de plusieurs souches mutantes, amtB- , glnK- , glnB- et amtY- poussées dans différentes conditions de limitation en azote, serait une façon pour répondre à ces interrogations. Alors, avec le suivi de l’activité de la nitrogénase et le Western Blot, on a montré que le choc de noirceur provoquerait un "Switch-off" de l’activité de la nitrogénase dû à une ADP-ribosylation de la protéine Fe. On a réussit aussi à montrer que ii tout le système déjà impliqué dans la réponse à un choc d’ammoniaque, est également nécessaire pour une réponse à un manque de lumière ou d’énergie (les protéines AmtB, GlnK, GlnB, DraG, DraT et AmtY). Or, Rhodobacter capsulatus est capable de fixer l’azote et de croitre aussi bien dans la micro-aérobie à la noirceur que dans des conditions de photosynthèse anaérobies, mais jusqu'à maintenant sa régulation dans l’obscurité est peu étudiée. L’étude de la fixation d’azote à la noirceur nous a permis de montrer que le complexe membranaire Rnf n’est pas nécessaire à la croissance de R. capsulatus dans de telles conditions. Dans le but de développer une façon d’étudier la régulation de la croissance dans ce mode, on a tout d’abord essayé d’identifier les conditions opératoires (O2, [NH4 + ]) permettant à R. capsulatus de fixer l’azote en microaérobie. L’optimisation de cette croissance a montré que la concentration optimale d’oxygène nécessaire est de 10% mélangé avec de l’azote.

Quantitative proteomics methods for the analysis of histone post-translational modifications

Les histones sont des protéines nucléaires hautement conservées chez les cellules des eucaryotes. Elles permettent d’organiser et de compacter l’ADN sous la forme de nucléosomes, ceux-ci representant les sous unités de base de la chromatine. Les histones peuvent être modifiées par de nombreuses modifications post-traductionnelles (PTMs) telles que l’acétylation, la méthylation et la phosphorylation. Ces modifications jouent un rôle essentiel dans la réplication de l’ADN, la transcription et l’assemblage de la chromatine. L’abondance de ces modifications peut varier de facon significative lors du developpement des maladies incluant plusieurs types de cancer. Par exemple, la perte totale de la triméthylation sur H4K20 ainsi que l’acétylation sur H4K16 sont des marqueurs tumoraux spécifiques a certains types de cancer chez l’humain. Par conséquent, l’étude de ces modifications et des événements determinant la dynamique des leurs changements d’abondance sont des atouts importants pour mieux comprendre les fonctions cellulaires et moléculaires lors du développement de la maladie. De manière générale, les modifications des histones sont étudiées par des approches biochimiques telles que les immuno-buvardage de type Western ou les méthodes d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). Cependant, ces approches présentent plusieurs inconvénients telles que le manque de spécificité ou la disponibilité des anticorps, leur coût ou encore la difficulté de les produire et de les valider. Au cours des dernières décennies, la spectrométrie de masse (MS) s’est avérée être une méthode performante pour la caractérisation et la quantification des modifications d’histones. La MS offre de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles. Entre autre, elle permet d’effectuer des analyses reproductibles, spécifiques et facilite l’etude d’un large spectre de PTMs en une seule analyse. Dans cette thèse, nous présenterons le développement et l’application de nouveaux outils analytiques pour l’identification et à la quantification des PTMs modifiant les histones. Dans un premier temps, une méthode a été développée pour mesurer les changements d’acétylation spécifiques à certains sites des histones. Cette méthode combine l’analyse des histones intactes et les méthodes de séquençage peptidique afin de déterminer les changements d’acétylation suite à la réaction in vitro par l’histone acétyltransférase (HAT) de levure Rtt109 en présence de ses chaperonnes (Asf1 ou Vps75). Dans un second temps, nous avons développé une méthode d’analyse des peptides isomériques des histones. Cette méthode combine la LC-MS/MS à haute résolution et un nouvel outil informatique appelé Iso-PeptidAce qui permet de déconvoluer les spectres mixtes de peptides isomériques. Nous avons évalué Iso-PeptidAce avec un mélange de peptides synthétiques isomériques. Nous avons également validé les performances de cette approche avec des histones isolées de cellules humaines érythroleucémiques (K562) traitées avec des inhibiteurs d’histones désacétylases (HDACi) utilisés en clinique, et des histones de Saccharomyces cerevisiae liées au facteur d’assemblage de la chromatine (CAF-1) purifiées par chromatographie d’affinité. Enfin, en utilisant la méthode présentée précédemment, nous avons fait une analyse approfondie de la spécificité de plusieurs HATs et HDACs chez Schizosaccharomyces pombe. Nous avons donc déterminé les niveaux d’acétylation d’histones purifiées à partir de cellules contrôles ou de souches mutantes auxquelles il manque une HAT ou HDAC. Notre analyse nous a permis de valider plusieurs cibles connues des HATs et HDACs et d’en identifier de nouvelles. Nos données ont également permis de définir le rôle des différentes HATs et HDACs dans le maintien de l’équilibre d’acétylation des histones. Dans l’ensemble, nous anticipons que les méthodes décrites dans cette thèse permettront de résoudre certains défis rencontrés dans l’étude de la chromatine. De plus, ces données apportent de nouvelles connaissances pour l’élaboration d’études génétiques et biochimiques utilisant S. pombe.

Untersuchungen zum Vorkommen und molekularen Mechanismus der Biofilm-Bildung bei Enterokokken aus verschiedenen klinischen Bereichen

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine größere Anzahl an E. faecalis Isolaten aus Vaginalabstrichen, erstmals insbesondere von Patientinnen, die an Bakterieller Vaginose litten, untersucht und mit E. faecalis Stämme aus verschiedenen anderen klinischen Bereichen auf das Vorkommen von Virulenzfaktoren verglichen. Weiterhin wurden Korrelationen zwischen bestimmten Faktoren und der Menge an produziertem Biofilm erstellt, um mögliche Zusammenhänge zum Mechanismus der Biofilm-Bildung zu erfassen. Mittels statistischer Analysen konnte hinsichtlich der 150 untersuchten E. faecalis Isolate nachgewiesen werden, dass keine signifikanten Unterschiede der Inzidenzen von Virulenzfaktoren (esp, asa1, gelE, GelE, cylA, β-Hämolyse) zwischen den Stämmen der verschiedenen Herkunftsbereiche bestanden. In Bezug auf das Auftreten von Biofilm-Bildung zeigte sich ein erhöhtes Vorkommen bei Stämmen aus Urin sowie invasiver Herkunft (insgesamt jeweils ca. 70 % mäßige und starke Biofilm-Bildner) im Vergleich zu E. faecalis Isolaten aus Wunden oder Faeces (je ca. 40 %). Statistische Auswertungen bzgl. des Zusammenhangs eines oder einer Kombination von Virulenzfaktoren mit der Menge an gebildetem Biofilm wiesen darauf hin, dass Isolate, die das esp Gen besaßen, in erhöhtem Maße zur Biofilm-Bildung befähigt waren. Dies zeigte einen gewissen Einfluss des Zellwandproteins auf die Fähigkeit zur Biofilm-Bildung bei E. faecalis. Allerdings wurden stets auch Stämme identifiziert, die die Fähigkeit zur Biofilm-Bildung trotz des Fehlens der jeweils untersuchten genetischen Determinante bzw. der Determinanten aufwiesen, so dass auf das Vorhandensein weiterer, unbekannter Einflussfaktoren auf den Mechanismus der Biofilm-Bildung bei E. faecalis geschlossen werden konnte. Unter 78 untersuchten E. faecium Isolaten aus verschiedenen klinischen Bereichen konnte lediglich ein Stamm (1,3 %) als mäßiger Biofilm-Bildner charakterisiert werden, so dass die Fähigkeit bei dieser Spezies in der hier untersuchten Region unter diesen Bedingungen kaum nachgewiesen werden konnte. Einen Schwerpunkt dieser Arbeit bildete die Untersuchung zum Vorkommen von Virulenzfaktoren und Biofilm-Bildung bei E. faecalis Isolaten aus Vaginalabstrichen. Bzgl. des Auftretens von Virulenzfaktoren und Biofilm-Produktion konnte kein Unterschied zwischen Stämmen assoziiert mit Bakterieller Vaginose und Isolaten einer Vergleichsgruppe festgestellt werden. Allerdings zeigte eine Gegenüberstellung mit den untersuchten E. faecalis Stämmen aus anderen klinischen Bereichen, dass die 80 Isolate aus Vaginalabstrichen eine ähnlich hohe Inzidenz bestimmter Virulenzfaktoren wie Stämme aus Faeces, Urin, Wunden oder invasiver Herkunft sowie eine mit den Isolaten aus Urin und invasiver Herkunft vergleichbar hohe Fähigkeit zur Biofilm-Bildung aufwiesen (ca. 75 % mäßige und starke Biofilm-Bildner). Dies deutete auf eine Verbreitung der Biofilm-Bildungsfähigkeit bei E. faecalis Stämmen der Vaginalflora und somit auf eine große Bedeutung der Eigenschaft für Isolate dieser Herkunft hin. Die statistische Auswertung der Korrelationen von Virulenzfaktoren mit der Menge an gebildetem Biofilm lieferte ähnliche Ergebnisse wie die Analysen bzgl. der 150 E. faecalis Isolate aus anderen klinischen Bereichen und untermauerte die Annahme, dass zusätzliche Faktoren zu den hier untersuchten Determinanten bei E. faecalis vorhanden sein müssen, die Einfluss auf den Mechanismus der Biofilm-Bildung nehmen. Deshalb konzentrierte sich ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit auf die Herstellung und Charakterisierung von E. faecalis Biofilm-Spontanmutanten, um bisher noch ungeklärte Mechanismen oder neue Faktoren zu erkennen, die Einfluss auf die Biofilm-Bildung bei E. faecalis nehmen. Die Untersuchung einer Mutante (1.10.16) und ihres Wildtypstamms lieferte erstmals den phänotypischen Nachweis des HMW-Komplexes der drei Bee-Proteine sowie die Identifizierung konservierter Pili-Motive dieser Proteine. Des Weiteren schien die in diesem Cluster ebenfalls codierte Sortase-1 dasjenige Enzym zu sein, das höchstwahrscheinlich die Bindung des Proteins Bee-2 innerhalb dieses HMW-Komplexes katalysiert. Insofern lieferten diese Untersuchungen neue, konkrete Hinweise zur Rolle des bee Genclusters bei der Pili-Biogenese und Biofilm-Bildung von E. faecalis. Darüber hinaus stellen Erkenntnisse aus der Charakterisierung von zwei weiteren hergestellten Biofilm-Spontanmutanten viel versprechende Ausgangspunkte für zukünftige Untersuchungen dar, die ein weitergehendes Verständnis der molekularen Mechanismen der Biofilm-Bildung bei E. faecalis erzielen könnten.

The CtsR regulator of Listeria monocytogenes contains a variant glycine repeat region that affects piezotolerance, stress resistance, motility and virulence

A spontaneous high hydrostatic pressure (HHP)-tolerant mutant of Listeria monocytogenes ScottA, named AK01, was isolated previously. This mutant was immotile and showed increased resistance to heat, acid and H2O2 compared with the wild type (wt) (Karatzas, K.A.G. and Bennik, M.H.J. 2002 Appl Environ Microbiol 68: 3183–3189). In this study, we conclusively linked the increased HHP and stress tolerance of strain AK01 to a single codon deletion in ctsR (class three stress gene repressor) in a region encoding a highly conserved glycine repeat. CtsR negatively regulates the expression of the clp genes, including clpP, clpE and the clpC operon (encompassing ctsR itself), which belong to the class III heat shock genes. Allelic replacement of the ctsR gene in the wt background with the mutant ctsR gene, designated ctsRΔGly, rendered mutants with phenotypes and protein expression profiles identical to those of strain AK01. The expression levels of CtsR, ClpC and ClpP proteins were significantly higher in ctsRΔGly mutants than in the wt strain, indicative of the CtsRΔGly protein being inactive. Further evidence that the CtsRΔGly protein lacks its repressor function came from the finding that the Clp proteins in the mutant were not further induced upon heat shock, and that HHP tolerance of a ctsR deletion strain was as high as that of a ctsRΔGly mutant. The high HHP tolerance possibly results from the increased expression of the clp genes in the absence of (active) CtsR repressor. Importantly, the strains expressing CtsRΔGly show significantly attenuated virulence compared with the wt strain; however, no indication of disregulation of PrfA in the mutant strains was found. Our data highlight an important regulatory role of the glycine-rich region of CtsR in stress resistance and virulence.

The role of flagella, but not fimbriae, in the adherence of Salmonella enterica serotype Enteritidis to chick gut explant

To gain an understanding of the role of fimbriae and flagella in the adherence and colonisation of Salmonella enterica serotype Enteritidis in chickens, an in-vitro gut adherence assay was developed and used to assess the adherence of a wild-type Enteritidis strain and isogenic non-fimbriate and non-flagellate mutant strains. Enteritidis strain S1400/94, a clinical isolate virulent in chickens, was shown to possess genes which encoded type 1, SEF14, SEF17, plasmid-encoded and long polar fimbriae. Mutant strains unable to elaborate these fimbriae were created by allelic exchange. Each fimbrial operon was inactivated by the insertion of an antibiotic resistance gene cassette. In addition, fliC, motAB and cheA loci, which encode the major subunit of the flagellum, the energy-translation system for motility and one of the chemotaxis signalling proteins, respectively, were similarly inactivated. Non-flagellate mutant strains were significantly less adherent than the wild-type strain, whereas mutant strains defective for the elaboration of any of the types of fimbriae adhered as well as the wild-type strain. A flagellate but non-motile (paralysed) mutant strain and a smooth-swimming chemotaxis-deficient mutant strain were shown to be less adherent than the wild-type strain, but that observation depended on the assay conditions used.

The role of SEF14 and SEF17 fimbriae in the adherence of Salmonella enterica serotype Enteritidis to inanimate surfaces

To gain an understanding of the role of fimbriae and flagella in the adherence of Salmonella enterica serotype Enteritidis to inanimate surfaces, the extent of adherence of viable wild-type strains to a polystyrene microtitration plate was determined by a crystal violet staining assay, Elaboration of surface antigens by adherent bacteria was assayed by fimbriae- and flagella-specific ELISAs, Wild-type Enteritidis strains adhered well at 37 degrees C and 25 degrees C when grown in microtitration wells in Colonisation Factor Antigen broth, but not in other media tested, At 37 degrees C, adherent bacteria elaborated copious quantities of SEF14 fimbrial antigen, whereas at 25 degrees C adherent bacteria elaborated copious quantities of SEF17 fimbrial antigen. Non-fimbriate and non-flagellate knock-out mutant strains were also assessed in the adherence assay. Mutant strains unable to elaborate SEF14 and SEF17 fimbriae adhered poorly at 37 degrees C and 25 degrees C, respectively, but adherence was not abolished. Non-motile mutant strains showed reduced adherence whilst type-1, PEF and LPF fimbriae appeared not to contribute to adherence in this assay. These data indicate that SEF17 and SEF14 fimbriae mediate bacterial cell aggregation on inanimate surfaces under appropriate growth conditions.

Lack of flagella disadvantages Salmonella enterica serovar Enteritidis during the early stages of infection in the rat

The roles of flagella and five fimbriae (SEF14, SEF17, SEF21, pef, lpf) in the early stages (up to 3 days) of Salmonella enterica serovar Enteritidis (S. Enteritidis) infection have been investigated in the rat. Wild-type strains LA5 and S1400 (fim+/fla+) and insertionally inactivated mutants unable to express the five fimbriae (fim-/fla+), flagella (fim+/fla-) or fimbriae and flagella (fim-/fla-) were used. All wild-type and mutant strains were able to colonize the gut and spread to the mesenteric lymph nodes, liver and spleen. There appeared to be little or no difference between the fim-/fla+ and wild-type (fim+/fla+) strains. In contrast, the numbers of aflagellate (fim+/fla- or fim-/fla-) salmonella in the liver and spleen were transiently reduced. In addition, fim+/fla- or fim-/fla-strains were less able to persist in the upper gastrointestinal tract and the inflammatory responses they elicited in the gut were less severe. Thus, expression of SEF14, SEF17, SEF21, pef and lpf did not appear to be a prerequisite for induction of S. Enteritidis infection in the rat. Deletion of flagella did, however, disadvantage the bacterium. This may be due to the inability to produce or release the potent immunomodulating protein flagellin.

CztR, a LysR-Type Transcriptional Regulator Involved in Zinc Homeostasis and Oxidative Stress Defense in Caulobacter crescentus

Caulobacter crescentus is a free-living alphaproteobacterium that has 11 predicted LysR-type transcriptional regulators (LTTRs). Previously, a C. crescentus mutant strain with a mini-Tn5lacZ transposon inserted into a gene encoding an LTTR was isolated; this mutant was sensitive to cadmium. In this work, a mutant strain with a deletion was obtained, and the role of this LTTR (called CztR here) was evaluated. The transcriptional start site of this gene was determined by primer extension analysis, and its promoter was cloned in front of a lacZ reporter gene. beta-Galactosidase activity assays, performed with the wild-type and mutant strains, indicated that this gene is 2-fold induced when cells enter stationary phase and that it is negatively autoregulated. Moreover, this regulator is essential for the expression of the divergent cztA gene at stationary phase, in minimal medium, and in response to zinc depletion. This gene encodes a hypothetical protein containing 10 predicted transmembrane segments, and its expression pattern suggests that it encodes a putative zinc transporter. The cztR strain was also shown to be sensitive to superoxide (generated by paraquat) and to hydrogen peroxide but not to tert-butyl hydroperoxide. The expression of katG and ahpC, but not that of the superoxide dismutase genes, was increased in the cztR mutant. A model is proposed to explain how CztR binding to the divergent regulatory regions could activate cztA expression and repress its own transcription.