Characterization of serine/threonine kinase-signaling systems of Vibrio parahaemolyticus that regulate polymyxin resistance

Naghavirad, Sarasadat (2023): Characterization of serine/threonine kinase-signaling systems of Vibrio parahaemolyticus that regulate polymyxin resistance. Dissertation, LMU München: Fakultät für Biologie

Abstract

In nature, bacteria constantly experience changes in their environment and often have to adapt to stressful surroundings. One type of stress that they encounter is antibiotic stress. Several bacteria have developed mechanisms to sense the presence of distinct antibiotics and survive in their presence. Since treatment with antibiotics is essential in modern human medicine, it is essential to understand the mechanisms utilized by bacteria to detect and survive antibiotic treatment. A general mechanism utilized by bacteria to adapt to changing or stressful environments is to use signal transduction systems and change their protein expression profile. Of particular interest here are resistance-associated signaling genes. In this work, we have identified a so far uncharacterized system that is required for proper polymyxin B resistance in the human pathogen Vibrio parahaemolyticus – particularly focused on VPA1044, a predicted Ser/Thr kinase, VPA1045, a response regulator and VPA1046, a histidine phosphotransferase protein encoding a two-component system. Wild-type V. parahaemolyticus is resistant to polymyxin B antibiotic; however, in the absence of the vpa1044-vpa1045-vpa1046 system, the pathogen becomes highly sensitive to treatment with this particular antibiotic. Our results suggest that the vpa1044-vpa1045-vpa1046 system confers polymyxin B resistance by regulating the proteomic profile of V. parahaemolyticus and particularly by regulating the expression of the polymyxin B resistance determinant VPA0879. Lastly, our results suggest that V. parahaemolyticus has evolved several distinct pathways to respond to and survive polymyxin B treatment.

Abstract

In der Natur sind Bakterien ständig Veränderungen in ihrer Umgebung ausgesetzt und müssen sich oft an verschiedenste Stressbedingungen anpassen. Eine Art von Stress, dem Bakterien ausgesetzt sind, ist der Antibiotikastress, und viele Bakterien haben Mechanismen entwickelt, um die Präsenz bestimmter Antibiotika zu erkennen und in deren Gegenwart zu überleben. Da die Behandlung mit Antibiotika in der modernen Humanmedizin unverzichtbar ist, ist es wichtig, die Mechanismen zu verstehen, mit denen Bakterien eine Antibiotikabehandlung erkennen und überleben können. Ein allgemeiner Mechanismus, den Bakterien nutzen, um sich an eine veränderte oder stressige Umgebung anzupassen, ist die Nutzung von Signaltransduktion Systemen und die Änderung ihres Proteinexpressionsprofils. Von besonderem Interesse sind dabei Resistenz-assoziierte Signalisierungsgene. In dieser Arbeit haben wir ein bislang uncharakterisiertes System identifiziert, das für eine angemessene Polymyxin-B-Resistenz im humanen Erreger Vibrio parahaemolyticus erforderlich ist - insbesondere VPA1044, eine vorausgesagte Ser/Thr-Kinase, VPA1045, ein Reaktionsregulator, und VPA1046, eine Histidin-Phosphotransferase, welche für ein Zwei-Komponenten-System kodiert. Der Wildtyp von V. parahaemolyticus ist resistent gegen Polymyxin-B-Antibiotika, reagiert jedoch in Abwesenheit des vpa1044-vpa1045-vpa1046-Systems sehr empfindlich auf die Behandlung mit diesem speziellen Antibiotikum. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das vpa1044-vpa1045-vpa1046-System die Polymyxin-B-Resistenz durch Regulierung des proteomischen Profils von V. parahaemolyticus und insbesondere durch Regulierung der Expression der Polymyxin-B-Resistenzdeterminante VPA0879 vermittelt. Schließlich deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass V. parahaemolyticus mehrere unterschiedliche Wege entwickelt hat, um auf die Behandlung mit Polymyxin B zu reagieren und zu überleben.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: V. parahaemolyticus, Signal transduction, Polymyxin B, serine/threonine kinase
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
• Fakultäten: Fakultät für Biologie
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 14. Dezember 2023
• 1. Bericht­erstatter:in: Ringgaard, Simon