Signalling and regulatory mechanisms of biofilm development by Leptospira biflexa: components of the cyclic di-GMP pathway and transcriptional regulatory networks
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Mecanismos de sinalização e regulatórios do desenvolvimento de biofilme por Leptospira biflexa: componentes da via do di-GMP cíclico e redes de regulação transcricional
Primeiro orientador
Membros da banca
Aristóteles Góes Neto
Odir Antonio Dellagostin
Hugo Mario Naya Monteverde
Alexander Olegovitsj Pasternak
Odir Antonio Dellagostin
Hugo Mario Naya Monteverde
Alexander Olegovitsj Pasternak
Resumo
Leptospires are spirochetes that coexist in different environments; their pathogenic species are the aetiological agent of leptospirosis. Biofilms participate in ecological interactions with hosts and environments and, in the case of Leptospira, participate in the eco-epidemiological cycle of leptospirosis. Pathogenic Leptospira form biofilms on the kidneys of Rattus norvegicus, the pathogen's main reservoir. Saprophytic and pathogenic leptospires integrate environmental biofilms that can increase the viability of leptospires. Biofilms depend on signalling and regulatory processes that modulate gene expression in response to external and internal signals. However, the mechanisms underlying biofilm formation by Leptospira have yet to be elucidated. The aim of this thesis was to investigate the signalling and regulatory mechanisms of Leptospira biofilms. In our first approach, we searched for regulators, synthesis and/or degradation enzymes, and effector proteins of the second messenger c-di-GMP in Leptospira biflexa. We performed sequence alignments, domain analyses, and reconstruction of biological pathways. In the second approach, we performed orthology analyses, analysed the transcriptome of L. biflexa biofilms (Bioproject PRJNA288909), and explored protein-protein interaction (PPI) networks. In the first approach, we detected 40 proteins related to c-di-GMP. We assessed that c-di-GMP potentially interacts with cAMP, CsrA regulation, and endoflagellar assembly. In the second approach, we identified nine transcription factors (TFs) and 26 target genes (TGs) orthologous to components of biofilm-associated regulons, among them, the fliA, rpoN, and bolA regulons. We identified 55 differentially expressed TFs in L. biflexa biofilms. We filtered TF interactions using L. biflexa PPI networks, composing partial networks of 26 TFs among 415 proteins distributed in nine clusters. Finally, we propose a transcriptional regulation model for L. biflexa biofilms that involves cell-matrix adhesion, endoflagellar assembly, iron uptake, stress response, cell growth, c-di-GMP signalling, and other biological functions. In this thesis, we outline metabolic pathways of c-di-GMP, a signalling molecule in Leptospira biofilms, and propose a model for regulating Leptospira biofilms. These studies represent advances in the mechanisms of Leptospira biofilm development, which are important for understanding the biology of the bacterial genus.
Abstract
Leptospiras são espiroquetas que coexistem em diversos ambientes e cujas espécies patogênicas são agente etiológico da leptospirose. Biofilmes atuam em interações ecológicas com
hospedeiros e ambientes, e, no caso de Leptospira, participam do ciclo ecoepidemiológico da leptospirose. Leptospira patogênica forma biofilmes nos rins de Rattus norvegicus, principal
hospedeiro do patógeno. Já leptospiras saprofíticas e patogênicas integram biofilmes ambientais que podem aumentar a viabilidade de leptospiras. Biofilmes dependem de processos
sinalizadores e reguladores que modulam a expressão gênica em resposta a sinais externos e internos. No entanto, os mecanismos subjacentes à formação de biofilmes por Leptospira ainda não foram elucidados. O objetivo desta tese foi investigar mecanismos de sinalização e de regulação de biofilmes de Leptospira. Na primeira abordagem, buscamos reguladores, enzimas de síntese e/ou degradação e proteínas efetoras do mensageiro secundário c-di-GMP em Leptospira biflexa. Realizamos alinhamentos de sequências, análises de domínio e reconstrução de vias biológicas. Na segunda abordagem, realizamos análises de ortologia, analisamos o transcriptoma de biofilmes de L. biflexa (Bioproject PRJNA288909) e exploramos redes de interação proteína-proteína (PPI). Na primeira abordagem, detectamos 40 proteínas relacionadas ao c-di-GMP. Avaliamos que c-di-GMP potencialmente interage com cAMP, regulação de CsrA e montagem endoflagelar. Na segunda abordagem, identificamos nove fatores de transcrição (TFs) e 26 genes-alvo (TGs) ortólogos de componentes de regulons associados a biofilmes; entre eles os regulons fliA, rpoN e bolA. Identificamos 55 TFs expressos diferencialmente em biofilmes de L. biflexa. Filtramos as interações dos TFs em redes PPI de L. biflexa, compondo redes parciais de 26 TFs entre 415 proteínas distribuídas em nove clusters. Por fim, propomos um modelo de regulação transcricional para biofilmes de L. biflexa que envolve a adesão célula-matriz, montagem endoflagelar, captação de ferro, resposta ao estresse, crescimento celular, sinalização via c-di-GMP e outras funções biológicas. Nesta tese, delineamos vias metabólicas de c-di-GMP, sinalizador em biofilmes de Leptospira, e propomos um modelo de regulação de biofilmes de Leptospira. Os estudos representam avanços nos mecanismos de desenvolvimento de biofilmes de Leptospira, importantes para a compreensão da biologia do gênero bacteriano.
Assunto
Microbiologia, Leptospira, Biofilmes, Elementos Reguladores de Transcrição
Palavras-chave
Spirochete, Second messengers, Transcriptional regulation networks, Regulon, c-di-GMP, Transcription factor