세포벽 지단백질 CD1687은 데옥시콜레이트 동안 DNA 결합 단백질로 작용합니다.

npj Biofilms and Microbiome 9권, 기사 번호: 24(2023) 이 기사 인용

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재발성 및 지속성 감염을 확립하는 세균성 병원체의 능력은 생물막을 형성하는 능력과 흔히 연관되어 있습니다. Clostridioides difficile 감염은 재발률이 높고 생물막이 병원성 및 지속성에 관여한다고 가정됩니다. C. difficile에 의한 생물막 형성은 아직 잘 알려져 있지 않습니다. 데옥시콜레이트(DCA) 또는 메트로니다졸과 같은 특정 분자가 생물막 형성을 유도하는 것으로 나타났지만 관련된 메커니즘은 아직 파악하기 어렵습니다. 이 연구에서 우리는 DCA 유발 생물막 형성 동안 C. difficile 지단백질 CD1687의 역할을 설명합니다. 우리는 CD1685-CD1689 유전자 클러스터 내의 오페론의 일부인 CD1687의 발현이 여러 전사 시작 사이트에 의해 제어되고 일부는 DCA에 반응하여 유도된다는 것을 보여주었습니다. 생물막 형성에는 CD1687만 필요하며 CD1687의 과발현은 생물막 형성을 유도하기에 충분합니다. RNAseq 분석을 사용하여 우리는 CD1687이 수송체 및 대사 경로의 발현에 영향을 미친다는 것을 보여 주었고 수송 관련 세포외 단백질을 포함한 풀다운 분석을 통해 여러 잠재적인 결합 파트너를 식별했습니다. 그런 다음 우리는 CD1687이 C. difficile에 표면 노출되어 있으며 이러한 위치 파악이 DCA 유발 생물막 형성에 필요하다는 것을 입증했습니다. 이러한 국소화와 C. difficile이 eDNA가 풍부한 생물막을 형성한다는 사실을 고려하여 우리는 CD1687이 비특이적 방식으로 DNA에 결합한다는 것을 확인했습니다. 따라서 우리는 CD1687이 eDNA에 결합하여 세포와 생물막 매트릭스 사이의 상호 작용을 촉진함으로써 생물막 형성을 유도하는 DCA에 대한 하류 반응의 구성 요소라는 가설을 세웠습니다.

위장관 감염은 주요 공중 보건 문제입니다. 고소득 국가에서 그람 양성 포자 형성 혐기성균인 Clostridioides difficile은 항생제 치료를 받는 성인의 원내 설사 및 대장염의 주요 원인입니다1,2. 더욱이 C. difficile 감염(CDI)은 지속될 수 있으며 이는 항 C. difficile 감염 이후 CDI 관리에 있어 주요 과제입니다. 어려운 항생제 치료. 재발성 CDI는 첫 번째 CDI 에피소드를 치료하기 위해 항생제를 투여받은 환자의 20% 이상에서 발생하며 이 비율은 새로운 에피소드 이후에 증가합니다3,4. 재발의 원인은 완전히 밝혀지지 않았습니다. 재발은 새로운 계통의 재감염이나 동일한 계통의 재발로 인해 발생할 수 있으며, 이는 C. difficile이 위장관에 지속될 수 있음을 시사합니다5. 재발은 처음에는 감염 중에 포자를 형성하고 항생제 치료에 저항하는 C. difficile 능력과 상관관계가 있었습니다6,7. 그러나 재발은 생물막으로서의 C. difficile의 지속성과 연관되어 있다는 가설도 있습니다8,9. 다양한 병원체에 의해 발생하는 지속적이고 만성적인 감염은 생물막 형성과 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다10. 모든 병원 및 만성 세균 감염의 최소 60%가 생물막과 관련된 것으로 추정됩니다11. 이 가설을 뒷받침하기 위해 C. difficile은 최근 결장 미생물군에 의해 형성된 생물막을 통합하는 것으로 나타났으며 이 생물막은 CDI9의 실험실 모델에서 지속성과 재발을 위한 저장소 역할을 했습니다.

생물막은 표면과 연관되어 있고 자체 생산된 세포외 기질에 싸여 있는 구조화된 미생물 군집으로, 박테리아 종에 따라 다릅니다. C. difficile은 다양한 비생물적 표면과 여러 체외 시스템에서 단일 종으로 또는 다른 박테리아와 함께 생물막을 형성할 수 있습니다9,13,14,15. 또한 C. difficile은 마우스 감염 중에 생체 내 다종 공동체를 통합할 수 있어 점막 생물막을 통합하는 능력이 있음을 시사합니다. 또한 C. difficile은 단일 관련 마우스 모델에서 패치형 글리칸이 풍부한 생물막 유사 구조를 형성할 수 있습니다. C. difficile은 위장관에 여러 종의 생물막을 통합할 수 있지만 위장 환경에 반응하는 C. difficile 생물막 형성의 생물학에 대한 지식은 제한적입니다. 감염 중에 병원체는 항생제, 담즙염, 삼투압 및 다양한 영양 공급원을 비롯한 여러 환경 요인에 직면하며 이는 집락화 중 생물막 형성에 중요한 신호로 알려져 있습니다18,19. 흥미롭게도 C. difficile은 영양 환경, 담즙염 대사, 삼투성 및 산화/질소성 스트레스를 변화시키기 때문에 미생물 불균형 동안 다양한 문제에 직면하게 됩니다20. 이러한 요인 중 하나라도 생물막 형성을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, CDI를 치료하는 데 사용되는 항생제의 하위 억제 농도는 시험관 내에서 생물막 형성을 향상시킵니다21,22. 또한, 우리는 최근 2차 담즙염 데옥시콜레이트(DCA)의 하위 억제 농도가 C. difficile 생물막 형성을 향상시킨다는 것을 입증했습니다. DCA로 유도된 생물막에서 영양 세포는 DCA뿐만 아니라 항생제와 항균 펩타이드의 독성으로부터 보호됩니다15. 우리는 DCA에 의해 유도된 생물막이 이용 가능한 영양소와 배설된 대사산물에 의존하는 대사 적응과 재프로그래밍으로 인해 형성된다는 것을 보여주었습니다. 전반적으로, 배설된 피루브산은 생물막 형성 유도에 중요합니다23.

2 in the wild-type strain compared to the ∆1687 mutant under biofilm-inducing conditions (+DCA) (Fig. 3). In the presence of DCA, CD1687 seems to mainly downregulate the cell wall reticulation (vanY2Y3) as well as several uncharacterized regulators (Supplementary Figure 4, Supplementary Table 3). There seems to be a shift in membrane transporters that may result in an increase in the importation of branched-chain amino acids, iron, and a change in sugar transport (Supplementary Table 3). In terms of metabolism, the cells shift from the utilization of succinate (CD2338-CD2344), the Wood-Ljungdahl pathway, and the biosynthesis of aromatic amino acids to the fermentation of acetoin, leucine, branched chain amino acids and glycine (Supplementary Figure 4, Supplementary Table 3)./p>

8 charged states were rejected and peptide match was disable./p>