Erforschung der Rolle von Schwefelwasserstoff bei der Expression von Eisenaufnahmegenen in E. coli

Antibiotikaresistenz und oxidative Stressreaktionen sind wichtige biologische Mechanismen, die das Wachstum von Bakterien fördern, insbesondere von pathogenen Bakterien wie Escherichia coli. Schwefelwasserstoff (H₂S), ein chemisches Botenmolekül, reguliert verschiedene intrazelluläre Aktivitäten in Bakterien, wie z. B. Reaktionen auf oxidativen Stress und Antibiotika.

Erhöhte Eisenabsorption, ausgelöst durch intrazelluläres H₂Im pathogenen Bakterium Vibrio cholerae wurden S-Spiegel identifiziert, die zu seiner Reaktion auf oxidativen Stress beitragen. Allerdings ist der genaue Mechanismus hinter H₂S-abhängige zelluläre Reaktionen von E. coli bleibt unklar.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Shinji Masuda von der Abteilung für Biowissenschaften und Technologie am Tokyo Institute of Technology in Japan versuchte, den zugrunde liegenden Mechanismus und die Beziehung zwischen intrazellulärem H. zu verstehen₂S- und Eisenaufnahme in E. coli. Sie verwendeten einen gentechnisch veränderten Wildtyp-E.-coli-Stamm (WT), der mstA überexprimiert, das für das für die H-Produktion verantwortliche Enzym 3-Mercaptopyruvat-Schwefeltransferase kodiert.₂S.

Darüber hinaus verwendeten sie fortschrittliche genetische Sequenzierungstechniken und -tests, um molekulare Wege zu identifizieren, die an der Gesamtregulierung der Eisenabsorption als Reaktion auf H. beteiligt sind.₂Verfügbarkeit S. Ihre Ergebnisse wurden in der veröffentlicht mBio Zeitung.

Masuda teilte die Motivation und Begründung für die vorliegende Forschung mit und sagte: „Unsere Forschungsgruppe hatte zuvor den Arsenrepressor vom H-Typ identifiziert und charakterisiert.₂S-/Supersulfid-responsiver Transkriptionsfaktor SqrR im violetten photosynthetischen Bakterium Rhodobacter capsulatus, wo SqrR die Genexpression als Reaktion auf H regulierte₂Verfügbarkeit S.

„Es wurde auch berichtet, dass YgaV, das Homolog von SqrR in E. coli, die Transkription anaerober Atmungsgene in Abwesenheit von extrazellulärem Sulfid unterdrückt. Dies motivierte unser Team, die Beziehung zwischen intrazellulärem H weiter zu untersuchen₂S-abhängige Transkription, YgaV und Eisenaufnahme in E. coli.

Zunächst beobachteten die Forscher, dass der WT-Stamm, der mstA überexprimierte, hohe Mengen an intrazellulärem H produzierte.₂S, was zu einer deutlich höheren Antibiotikaresistenz führte. Anschließend führten sie eine RNA-Sequenzanalyse durch und stellten fest, dass bestimmte Gene als Reaktion auf die H-Überproduktion hochreguliert wurden.₂S. Sie stellten einen 10-fachen Anstieg der Gentranskriptionsniveaus von tcyP fest, das den Transporter für L-Cystein (eine schwefelhaltige Aminosäure) kodiert.

Darüber hinaus fanden sie heraus, dass das Cysteinyl-tRNA-Synthase-Gen, das die Synthese von Supersulfidmolekülen mit selbstgebundenen Schwefelatomen katalysiert, besonders hochreguliert war. Supersulfide können β-Lactam-Antibiotika direkt inaktivieren und zur allgemeinen Antibiotikaresistenz in E. coli mit mstA-Überexpression beitragen.

Darüber hinaus wurden im WT-Stamm, der mstA überexprimiert, Gene, die mit Antibiotika-Effluxpumpen assoziiert sind, hochreguliert und Dipeptid-/Hämtransportergene herunterreguliert, was auf den Einfluss von H.₂S-Hyperakkumulation bei Eisenabsorption.

Darüber hinaus bestätigten die Forscher die Rolle von YgaV, einem H₂S-/Supersulfid-sensitiver Transkriptionsfaktor bei der positiven Regulation von Eisenaufnahmegenen in E. coli. Unter Verwendung eines ΔygaV-Mutantenstamms von E. coli, wo ygaV nicht, aber mstA überexprimiert wird, fanden sie heraus, dass die Expression von Eisenaufnahmegenen, nämlich fes, fepA, fhuE, fhuF, nfeF und cirA, von der Anwesenheit von YgaV abhängt, das wiederum von intrazellulärem H abhängt₂S-Stufen.

„Unsere Studie liefert wertvolle Einblicke in die Dynamik der Eisenabsorption in E. coli und untermauert die Rolle von H₂S-abhängiges YgaV bei der Regulierung der globalen Reaktion auf oxidativen Stress und der Antibiotikaresistenz“, schließt Masuda.