A proteobactéria Pseudomonas aeruginosa é um patógeno oportunista em humanos, sendo associado a queimaduras e infecções pulmonares crônicas em pacientes com fibrose cística. Essas infecções são difíceis de erradicar devido à resistência intrínseca de P. aeruginosa a antibióticos e à formação de biofilmes. Essa bactéria é altamente capaz de adaptar ao ambiente, tem um metabolismo versátil e pode direcionar a expressão de genes por vários fatores sigma alternativos. Estes são subunidades para transcrição de conjuntos específicos de genes em bactérias e interagem com o cerne da RNA polimerase, levando ao reconhecimento do promotor e início da transcrição. Os fatores sigma alternativos permitem que bactérias redirecionem a sua expressão genética. Um grupo de fatores sigma alternativos é o grupo dos fatores sigma de função extracitoplasmática (ECF) que são envolvidos principalmente em funções do envelope celular. Esse trabalho teve como objetivo caracterizar dois fatores sigma ECF de função desconhecida, PA14_21550 e PA14_46810. A linhagem mutante Δ21550 foi analisada quanto a sua sobrevivência a diferentes estresses, observando-se que é mais resistente ao choque de 45°C que a linhagem selvagem. Esse fator sigma não é essencial para crescimento da bactéria em meio LB e meio mínimo M63 acrescido de glicose ou succinato. Além disso, observou-se que a superexpressão desse fator sigma aumenta a expressão da proteína hipotética PA14_30100, usando-se uma abordagem proteômica. O mutante de transposon para o fator sigma PA14_46810 apresenta melhor crescimento que a bactéria selvagem em meio M63 acrescido de glicose. Essa linhagem mostrou mesmo fenótipo para biofilme e formação de exopolissacarídeo que a bactéria selvagem. Ademais, foi realizada análise de transcritoma por RNA-Seq com a superexpressão do fator sigma PA14_46810 na linhagem selvagem. Na linhagem de superexpressão Observou-se que ocorre indução de genes envolvidos com a desnitrificação, transporte de moléculas e metabolismo de uma maneira geral, em relação à linhagem controle. Por outro lado, o excesso de PA14_46810 reprime principalmente genes envolvidos com a tradução de proteínas e síntese de espermidina. Este trabalho, portanto, trouxe novas informações sobre as funções de diferentes fatores sigma ECF de P. aeruginosa, contribuindo assim para um maior entendimento da fisiologia desta bactéria e sua adaptação a diferentes condições. / The proteobacterium Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen in humans, and it is associated to chronic pulmonary infections in patients with cystic fibrosis and burn wounds. These infections are difficult to eradicate due to P. aeruginosa intrinsic resistance to antibiotics and formation of biofilms, which allow the bacteria to adhere to biotic and abiotic surfaces. This bacterium is highly adaptaptable to the environment has a versatile metabolism and can direct the expression of genes by several alternative sigma factors. The sigma factors bind to the RNA polymerase core, providing recognition to promoter and transcription initiation. Therefore, the alternative sigma factors can redirect bacterial genetic expression by recognizing specific promoters. One subfamily of alternative sigma factors is the extracytoplasmic function (ECF) sigma factors, involved mostly in cell envelope functions. The aim of this work was characterize two ECF sigma factors with unknown function in P. aeruginosa, PA14_21550 and PA14_46810. The strain Δ21550 was analyzed for its survival in different stress conditions and it is more resistant in heat shock conditions at 45°C than the wild type strain. It was also observed that PA14_21550 sigma factor is not essential for bacterial growth in LB and M63 minimal medium added with glucose or succinate as the carbon source. Furthermore, overexpression of this sigma factor increases the expression of hypothetical protein PA14_30100, as verified by a proteomic approach. A strain insertionally inactivated in the PA14_46810 gene has better growth than the wild type strain in M63 added with glucose and the same phenotype regarding to biofilm formation and exopolysaccharide production as the wild type strain. Moreover, transcriptome analysis was carried out by RNA-Seq with overexpression of the PA14_46810 sigma factor in the wild type strain. Induction of genes involved in denitrification, transport of molecules and energetic metabolism in relation to the control strain was observed. On the other hand, excess of PA14_46810 represses genes involved in protein translation and spermidine synthesis. This work, therefore, brought new information about the functions of two ECF sigma of P. aeruginosa, thus contributing to a greater understanding of the physiology of this bacterium and its adaptation to different conditions.

Submitted by Hiolanda Rêgo (hiolandarego@gmail.com) on 2014-10-22T18:26:12Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_ICS_ Daiane Mendes Carvalho.pdf: 2848139 bytes, checksum: 2996209ff7e3bed29850ce444ef4c0d3 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-22T18:26:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_ICS_ Daiane Mendes Carvalho.pdf: 2848139 bytes, checksum: 2996209ff7e3bed29850ce444ef4c0d3 (MD5) / FAPESB / A Corynebacterium pseudotuberculosis é um patógeno intracelular facultativo de elevada importância veterinária por ser capaz de infectar diferentes animais de produção, incluindo equinos, bovinos e pequenos ruminantes. A pesquisa recente por determinantes moleculares de virulência em diversos agentes patogênicos tem dedicado atenção às proteínas reguladoras da expressão gênica. Os fatores sigma alternativos da RNA polimerase bacteriana proporcionam um meio de regular rapidamente a expressão gênica em resposta a várias mudanças do ambiente extracelular. Nesse contexto, o presente estudo avaliou a expressão diferencial dos fatores sigma alternativos presentes no genoma da bactéria C. pseudotuberculosis durante contato com fatores do hospedeiro, utilizando duas estratégias experimentais, in vivo e in vitro. Ovinos foram infectados experimentalmente com uma linhagem virulenta desta bactéria, punções aspirativas foram realizadas nos linfonodos nos tempos 5, 15 e 30 dias após a infecção. Duas condições diferentes de crescimento: cultura controle, em meio Infusão Cérebro-Coração e cultura que mimetiza o crescimento no hospedeiro, Soro Fetal Bovino, foram estudadas. Curvas de crescimento bacteriano nos dois meios foram realizadas através de contagens bacterianas por monitoramento da DO595nm e citometria de fluxo. RNA total foi extraído das amostras de punção aspirativa e das culturas quando atingiram a densidade de 107 células/mL. Os cDNAs gerados por transcrição reversa in vitro foram submetidos a ensaios de PCR quantitativa em tempo real para a quantificação relativa dos transcritos de nove genes: sigA, sigB, sigC, sigD, sigE, sigH, sigK, sigM e 16S rDNA. Os genes sigA e 16S rDNA foram utilizados como normalizadores da reação de PCR quantitativo, mas foi observado que o 16S rDNA não se apresentou como um bom gene normalizador neste estudo. Assim, surgiu a necessidade de realizar um estudo com normalizadores. Foram analisados resultados de RNAseq da linhagem 1002 da C. pseudotuberculosis, em três condições; estresse osmótico, acidez e choque térmico. Desse modo, de 19 genes selecionados a partir estudos de normalizadores em outros gêneros, nessas condições, apenas os genes dnaG, rpoC, gyrA, gyrB, efp, rpoB, fusA e atpA cumpriram os critérios definidos para serem considerados como bons genes normalizadores. Foram analisados a expressão desses 8 genes em duas condições de cultivo, através da técnica de RT-qPCR. O NormFinder sugeriu o gyrA e fusA como os genes normalizadores mais adequados. Não foi possível analisar a expressão dos genes codificadores de fatores sigma das amostras da estratégia in vivo, devido à baixa concentração de RNA bacteriano das amostras de punção aspirativa. Foi possível detectar alterações nas expressões de vários genes codificadores de fatores sigma nas condições estudadas in vitro. O gene codificador do fator SigD foi o que apresentou maior ativação durante o crescimento bacteriano em Soro Fetal Bovino. Os resultados obtidos pelo presente trabalho sugerem o envolvimento do fator SigD na resposta adaptativa de C. pseudotuberculosis durante crescimento em meio que mimetiza o crescimento no hospedeiro. Após a predição de genes regulados pelo SigD foi possível observar que este fator regula a expressão de genes associados a resposta ao choque térmico, como as proteínas chaperonas, sugerindo assim a importância deste fator, sendo possivelmente importante durante o processo da infecção.

A proteobactéria Pseudomonas aeruginosa é um patógeno oportunista em humanos, sendo associado a queimaduras e infecções pulmonares crônicas em pacientes com fibrose cística. Essas infecções são difíceis de erradicar devido à resistência intrínseca de P. aeruginosa a antibióticos e à formação de biofilmes. Essa bactéria é altamente capaz de adaptar ao ambiente, tem um metabolismo versátil e pode direcionar a expressão de genes por vários fatores sigma alternativos. Estes são subunidades para transcrição de conjuntos específicos de genes em bactérias e interagem com o cerne da RNA polimerase, levando ao reconhecimento do promotor e início da transcrição. Os fatores sigma alternativos permitem que bactérias redirecionem a sua expressão genética. Um grupo de fatores sigma alternativos é o grupo dos fatores sigma de função extracitoplasmática (ECF) que são envolvidos principalmente em funções do envelope celular. Esse trabalho teve como objetivo caracterizar dois fatores sigma ECF de função desconhecida, PA14_21550 e PA14_46810. A linhagem mutante Δ21550 foi analisada quanto a sua sobrevivência a diferentes estresses, observando-se que é mais resistente ao choque de 45°C que a linhagem selvagem. Esse fator sigma não é essencial para crescimento da bactéria em meio LB e meio mínimo M63 acrescido de glicose ou succinato. Além disso, observou-se que a superexpressão desse fator sigma aumenta a expressão da proteína hipotética PA14_30100, usando-se uma abordagem proteômica. O mutante de transposon para o fator sigma PA14_46810 apresenta melhor crescimento que a bactéria selvagem em meio M63 acrescido de glicose. Essa linhagem mostrou mesmo fenótipo para biofilme e formação de exopolissacarídeo que a bactéria selvagem. Ademais, foi realizada análise de transcritoma por RNA-Seq com a superexpressão do fator sigma PA14_46810 na linhagem selvagem. Na linhagem de superexpressão Observou-se que ocorre indução de genes envolvidos com a desnitrificação, transporte de moléculas e metabolismo de uma maneira geral, em relação à linhagem controle. Por outro lado, o excesso de PA14_46810 reprime principalmente genes envolvidos com a tradução de proteínas e síntese de espermidina. Este trabalho, portanto, trouxe novas informações sobre as funções de diferentes fatores sigma ECF de P. aeruginosa, contribuindo assim para um maior entendimento da fisiologia desta bactéria e sua adaptação a diferentes condições. / The proteobacterium Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen in humans, and it is associated to chronic pulmonary infections in patients with cystic fibrosis and burn wounds. These infections are difficult to eradicate due to P. aeruginosa intrinsic resistance to antibiotics and formation of biofilms, which allow the bacteria to adhere to biotic and abiotic surfaces. This bacterium is highly adaptaptable to the environment has a versatile metabolism and can direct the expression of genes by several alternative sigma factors. The sigma factors bind to the RNA polymerase core, providing recognition to promoter and transcription initiation. Therefore, the alternative sigma factors can redirect bacterial genetic expression by recognizing specific promoters. One subfamily of alternative sigma factors is the extracytoplasmic function (ECF) sigma factors, involved mostly in cell envelope functions. The aim of this work was characterize two ECF sigma factors with unknown function in P. aeruginosa, PA14_21550 and PA14_46810. The strain Δ21550 was analyzed for its survival in different stress conditions and it is more resistant in heat shock conditions at 45°C than the wild type strain. It was also observed that PA14_21550 sigma factor is not essential for bacterial growth in LB and M63 minimal medium added with glucose or succinate as the carbon source. Furthermore, overexpression of this sigma factor increases the expression of hypothetical protein PA14_30100, as verified by a proteomic approach. A strain insertionally inactivated in the PA14_46810 gene has better growth than the wild type strain in M63 added with glucose and the same phenotype regarding to biofilm formation and exopolysaccharide production as the wild type strain. Moreover, transcriptome analysis was carried out by RNA-Seq with overexpression of the PA14_46810 sigma factor in the wild type strain. Induction of genes involved in denitrification, transport of molecules and energetic metabolism in relation to the control strain was observed. On the other hand, excess of PA14_46810 represses genes involved in protein translation and spermidine synthesis. This work, therefore, brought new information about the functions of two ECF sigma of P. aeruginosa, thus contributing to a greater understanding of the physiology of this bacterium and its adaptation to different conditions.

Pseudomonas aeruginosa é uma proteobactéria do grupo gama muito versátil, capaz de colonizar ambientes variados e infectar hospedeiros filogeneticamente distintos, incluindo humanos imunocomprometidos. Os fatores sigma de função extracitoplasmática (ECF) são membros de sistemas de sinalização de superfície celular (CSS), abundantes em P. aeruginosa. Vinte genes codificando fatores sigma ECF estão presentes nos genomas sequenciados de P. aeruginosa, a maioria fazendo parte de sistemas TonB relacionados à captação de ferro. Neste trabalho, seis fatores sigma pobremente caracterizados foram superexpressos na linhagem PA14 a partir de um promotor induzível por arabinose para investigar seu papel na expressão dos sistemas de dois componentes PvrSR e RcsCB, que atuam na regulação da fímbria CupD, além de sua influência no crescimento de culturas de P. aeruginosa. Não foi observado efeito positivo de nenhum dos fatores sigma testados na expressão dos sistemas de dois componentes e a superexpressão de cinco deles tampouco levou a qualquer alteração no crescimento, porém a produção de piocianina foi alterada na superexpressão de PA14_55550 e a superexpressão de PA14_26600 e PA14_46810 levou a um discreto aumento no início da formação de biofilme em PA14. Por outro lado, culturas superexpressando σx (ALB04) apresentaram um perfil alterado de lipopolissacarídeo e uma curva de crescimento bifásica, alcançando precocemente uma fase estacionária seguida de uma recuperação do crescimento até uma segunda fase estacionária. Durante a primeira fase estacionária, a maior parte das células aumenta de tamanho e morre, mas as células remanescentes retornam à morfologia selvagem e seguem para a segunda fase de crescimento exponencial. Isso não acontece devido a mutações compensatórias, uma vez que células coletadas de pontos tardios da curva e diluídas em meio novo repetem este comportamento. Apesar de trabalhos com a linhagem PAO1 associarem σx à transcrição de oprF, que codifica a principal porina não específica de Pseudomonas, nas condições dos nossos ensaios em PA14 a expressão dessa porina não foi induzida pela superexpressão de σx. Assim, os efeitos observados nessa superexpressão também não podem ser atribuídos a OprF. A transcrição de oprF em PA14 mostrou-se majoritariamente dependente da região promotora a que se atribui a ligação de σ70, ao contrário dos relatos na literatura da dependência da região de ligação a σx. Análises proteômicas foram realizadas para investigar os elementos envolvidos nesses efeitos de superexpressão de σx, o que revelou a indução de diversas enzimas envolvidas na via de biossíntese de ácidos graxos. As células superexpressando σx apresentam uma maior proporção de ácidos hexadecanoico (C16) e hexadecenoico (C16:1) e dados de anisotropia mostram uma maior fluidez da(s) membrana(s). Este trabalho é o primeiro relato de um fator sigma ECF envolvido em biossíntese de lipídeos em P. aeruginosa. / Pseudomonas aeruginosa is a very versatile gammaproteobacteria, able to colonize different environments and to infect phylogenetically distinct hosts, including immunocompromised humans. The extracytoplasmic function sigma factors (ECFs) are members of cell signaling systems (CSS), abundant in P. aeruginosa. Twenty genes coding for ECF sigma factors are present in the sequenced genomes of P. aeruginosa, most of them being part of TonB systems related to iron uptake. In this work, six poorly characterized sigma factors were overexpressed in strain PA14 from an arabinose inducible promoter to investigate their role in the expression of the two-component systems PvrSR and RcsCB, which regulates CupD fimbria, and their influence in P. aeruginosa cultures growth. None of the tested sigma factors led to two-component systems upregulation and overexpression of five of them caused no change in the growth profile, but pyocyanin production was altered in PA14_55550 overexpression and PA14_26600 and PA14_46810 overexpression led to a slight increase in biofilm initiation in PA14. By the other side, cultures overexpressing σx (ALB04) presented an altered lipopolysaccharide profile and a biphasic growth curve, reaching an early stationary phase followed by a growth resuming untill a second stationary phase. During the early stationary phase, most cells swells and dies, but the remaining cells return to wild type morphology and proceed to the second exponential phase of growth. This is not due to compensatory mutations, since cells collected from late points of the curve and diluted in fresh medium repeat this behavior. Although studies with strain PAO1 associate σx with transcription of oprF, encoding the major nonspecific porin of Pseudomonas, under our experiments conditions with PA14, this porin expression is not induced by σx overexpression. Thus, the effects observed in this overexpression cannot be attributed to OprF. Transcription of oprF in PA14 proved to be mainly controlled by the σ70-dependent promoter region instead of the σx-dependent promoter region reported in the literature. Proteomic analyses were performed to investigate the elements involved in these effects of σx overexpression, which revealed the induction of several enzymes involved in fatty acids biosynthesis. Cells overexpressing σx exhibit a greater proportion of hexadecanoic (C16) and hexadecenoic (C16: 1) acids and anisotropy data show higher fluidity of the membrane (s). This work is the first report of an ECF sigma factor involved in lipid biosynthesis in P. aeruginosa.

Pseudomonas aeruginosa é uma proteobactéria do grupo gama muito versátil, capaz de colonizar ambientes variados e infectar hospedeiros filogeneticamente distintos, incluindo humanos imunocomprometidos. Os fatores sigma de função extracitoplasmática (ECF) são membros de sistemas de sinalização de superfície celular (CSS), abundantes em P. aeruginosa. Vinte genes codificando fatores sigma ECF estão presentes nos genomas sequenciados de P. aeruginosa, a maioria fazendo parte de sistemas TonB relacionados à captação de ferro. Neste trabalho, seis fatores sigma pobremente caracterizados foram superexpressos na linhagem PA14 a partir de um promotor induzível por arabinose para investigar seu papel na expressão dos sistemas de dois componentes PvrSR e RcsCB, que atuam na regulação da fímbria CupD, além de sua influência no crescimento de culturas de P. aeruginosa. Não foi observado efeito positivo de nenhum dos fatores sigma testados na expressão dos sistemas de dois componentes e a superexpressão de cinco deles tampouco levou a qualquer alteração no crescimento, porém a produção de piocianina foi alterada na superexpressão de PA14_55550 e a superexpressão de PA14_26600 e PA14_46810 levou a um discreto aumento no início da formação de biofilme em PA14. Por outro lado, culturas superexpressando σx (ALB04) apresentaram um perfil alterado de lipopolissacarídeo e uma curva de crescimento bifásica, alcançando precocemente uma fase estacionária seguida de uma recuperação do crescimento até uma segunda fase estacionária. Durante a primeira fase estacionária, a maior parte das células aumenta de tamanho e morre, mas as células remanescentes retornam à morfologia selvagem e seguem para a segunda fase de crescimento exponencial. Isso não acontece devido a mutações compensatórias, uma vez que células coletadas de pontos tardios da curva e diluídas em meio novo repetem este comportamento. Apesar de trabalhos com a linhagem PAO1 associarem σx à transcrição de oprF, que codifica a principal porina não específica de Pseudomonas, nas condições dos nossos ensaios em PA14 a expressão dessa porina não foi induzida pela superexpressão de σx. Assim, os efeitos observados nessa superexpressão também não podem ser atribuídos a OprF. A transcrição de oprF em PA14 mostrou-se majoritariamente dependente da região promotora a que se atribui a ligação de σ70, ao contrário dos relatos na literatura da dependência da região de ligação a σx. Análises proteômicas foram realizadas para investigar os elementos envolvidos nesses efeitos de superexpressão de σx, o que revelou a indução de diversas enzimas envolvidas na via de biossíntese de ácidos graxos. As células superexpressando σx apresentam uma maior proporção de ácidos hexadecanoico (C16) e hexadecenoico (C16:1) e dados de anisotropia mostram uma maior fluidez da(s) membrana(s). Este trabalho é o primeiro relato de um fator sigma ECF envolvido em biossíntese de lipídeos em P. aeruginosa. / Pseudomonas aeruginosa is a very versatile gammaproteobacteria, able to colonize different environments and to infect phylogenetically distinct hosts, including immunocompromised humans. The extracytoplasmic function sigma factors (ECFs) are members of cell signaling systems (CSS), abundant in P. aeruginosa. Twenty genes coding for ECF sigma factors are present in the sequenced genomes of P. aeruginosa, most of them being part of TonB systems related to iron uptake. In this work, six poorly characterized sigma factors were overexpressed in strain PA14 from an arabinose inducible promoter to investigate their role in the expression of the two-component systems PvrSR and RcsCB, which regulates CupD fimbria, and their influence in P. aeruginosa cultures growth. None of the tested sigma factors led to two-component systems upregulation and overexpression of five of them caused no change in the growth profile, but pyocyanin production was altered in PA14_55550 overexpression and PA14_26600 and PA14_46810 overexpression led to a slight increase in biofilm initiation in PA14. By the other side, cultures overexpressing σx (ALB04) presented an altered lipopolysaccharide profile and a biphasic growth curve, reaching an early stationary phase followed by a growth resuming untill a second stationary phase. During the early stationary phase, most cells swells and dies, but the remaining cells return to wild type morphology and proceed to the second exponential phase of growth. This is not due to compensatory mutations, since cells collected from late points of the curve and diluted in fresh medium repeat this behavior. Although studies with strain PAO1 associate σx with transcription of oprF, encoding the major nonspecific porin of Pseudomonas, under our experiments conditions with PA14, this porin expression is not induced by σx overexpression. Thus, the effects observed in this overexpression cannot be attributed to OprF. Transcription of oprF in PA14 proved to be mainly controlled by the σ70-dependent promoter region instead of the σx-dependent promoter region reported in the literature. Proteomic analyses were performed to investigate the elements involved in these effects of σx overexpression, which revealed the induction of several enzymes involved in fatty acids biosynthesis. Cells overexpressing σx exhibit a greater proportion of hexadecanoic (C16) and hexadecenoic (C16: 1) acids and anisotropy data show higher fluidity of the membrane (s). This work is the first report of an ECF sigma factor involved in lipid biosynthesis in P. aeruginosa.

Linhagens mutantes foram obtidas para os fatores sigma <font face=\"symbol\">sE (RpoE) e <font face=\"symbol\">sN (RpoN) da bactéria Xylella fastidiosa. O mutante rpoE mostrou-se sensível a etanol e a choque térmico. Análises de microarranjo de DNA, de RT-PCR quantitativo e mapeamento de sítios de início de transcrição permitiram definir o regulon <font face=\"symbol\">sE em resposta ao choque térmico. Verificou-se co-transcrição entre os genes que codificam para <font face=\"symbol\">sE, seu anti-sigma e uma protease, e <font face=\"symbol\">sE não se mostrou auto-regulado, mas regulou o gene do anti-sigma. Análises similares às acima indicaram que o gene pilA, codificando a pilina da fímbria tipo IV, é positivamente regulado por <font face=\"symbol\">sN, enquanto o operon codificando proteínas da fímbria tipo I é regulado negativamente, explicando a maior formação de biofilme e auto-agregação no mutante rpoN. O perfil temporal de expressão da linhagem selvagem J1a12 em carência de nitrogênio foi determinado, além de genes induzidos por carência de nitrogênio via <font face=\"symbol\">sN. Assim, <font face=\"symbol\">sN regula genes de fímbrias e de resposta à carência de nitrogênio em Xylella fastidiosa. / Mutant strains were obtained for the sigma factors <font face=\"symbol\">sE (RpoE) and <font face=\"symbol\">sN (RpoN) in Xylella fastidiosa. The rpoE mutant showed to be sensitive to ethanol and heat shock. Microarray and quantitative RT-PCR analyses and determination of transcription start sites permitted to define the <font face=\"symbol\">sE regulon under heat shock. Co-transcription of the genes encoding <font face=\"symbol\">sE , its anti-sigma factor and a protease was observed, and <font face=\"symbol\">sE did not present auto-regulation, but it regulated the gene encoding the anti-sigma. Similar analyses indicated that the pilA gene, encoding the pilin of the type IV fimbriae, is positively regulated by <font face=\"symbol\">sN, while the operon encoding proteins of the type I fimbriae is negatively regulated, what explains the increased biofilm formation and auto-aggregation in the rpoN strain. Temporal expression profile of wild type strain J1a12 under nitrogen starvation was determined, as well as genes induced by nitrogen starvation via <font face=\"symbol\">sN. Thus, <font face=\"symbol\">sN regulates genes encoding fimbriae and genes for nitrogen starvation response in Xylella fastidiosa.

Fatores sigma de carência de ferro, representados por FecI de E. coli, direcionam a transcrição de genes de transporte de sideróforos (quelantes de ferro), e são geralmente regulados por fatores antissigma (FecR), que liberam o fator sigma após ligação do sideróforo no receptor de membrana externa (FecA). Caulobacter crescentus possui quatro genes para fatores sigma desta família. Ensaios de expressão gênica e crescimento indicaram que estes genes não respondem à disponibilidade de ferro. Em microarranjos de cDNA, apenas o gene fecA2 foi induzido em DfecR2 comparado à linhagem parental, sugerindo que este é o único gene alvo do fator sigma FecI2. Já DfecR4 mostrou indução em mais de 50 genes, alguns envolvidos na utilização de fontes alternativas de carbono. Ensaios fenotípicos com DfecI4 sugeriram que este gene é importante para o crescimento em g-ciclodextrina ou ácido caproico. Os resultados sugerem que o fator sigma FecI2 é bem específico, enquanto FecI4 parece regular uma resposta geral relacionada a compostos carbônicos, e não à homeostase de ferro. / Iron starvation sigma factors, whose prototype is E. coli FecI, direct transcription of genes involved in siderophore (iron chelators) transport, being usually regulated by anti-sigma factors (FecR), which release the sigma factor after siderophore binding to the outer membrane receptor (FecA). Caulobacter crescentus possesses four genes encoding FecI-like sigma factors. Gene expression and growth assays indicated that these genes do not respond to iron availability. In cDNA microarrays, only the fecA2 gene was induced in DfecR2 relative to the wild-type strain, suggesting that this is the only target gene of the FecI2 sigma factor. However, in DfecR4 there was induction of over 50 genes, some of them involved in utilization of alternative carbon sources. Phenotypic microarrays with the DfecI4 strain showed that this gene is important for growth in g-cyclodextrin or caproic acid. The results suggest that the FecI2 sigma factor is very specific, whereas FecI4 seems to regulate a more general response, related to carbon compounds rather than iron homeostasis.

Fatores sigma de carência de ferro, representados por FecI de E. coli, direcionam a transcrição de genes de transporte de sideróforos (quelantes de ferro), e são geralmente regulados por fatores antissigma (FecR), que liberam o fator sigma após ligação do sideróforo no receptor de membrana externa (FecA). Caulobacter crescentus possui quatro genes para fatores sigma desta família. Ensaios de expressão gênica e crescimento indicaram que estes genes não respondem à disponibilidade de ferro. Em microarranjos de cDNA, apenas o gene fecA2 foi induzido em DfecR2 comparado à linhagem parental, sugerindo que este é o único gene alvo do fator sigma FecI2. Já DfecR4 mostrou indução em mais de 50 genes, alguns envolvidos na utilização de fontes alternativas de carbono. Ensaios fenotípicos com DfecI4 sugeriram que este gene é importante para o crescimento em g-ciclodextrina ou ácido caproico. Os resultados sugerem que o fator sigma FecI2 é bem específico, enquanto FecI4 parece regular uma resposta geral relacionada a compostos carbônicos, e não à homeostase de ferro. / Iron starvation sigma factors, whose prototype is E. coli FecI, direct transcription of genes involved in siderophore (iron chelators) transport, being usually regulated by anti-sigma factors (FecR), which release the sigma factor after siderophore binding to the outer membrane receptor (FecA). Caulobacter crescentus possesses four genes encoding FecI-like sigma factors. Gene expression and growth assays indicated that these genes do not respond to iron availability. In cDNA microarrays, only the fecA2 gene was induced in DfecR2 relative to the wild-type strain, suggesting that this is the only target gene of the FecI2 sigma factor. However, in DfecR4 there was induction of over 50 genes, some of them involved in utilization of alternative carbon sources. Phenotypic microarrays with the DfecI4 strain showed that this gene is important for growth in g-cyclodextrin or caproic acid. The results suggest that the FecI2 sigma factor is very specific, whereas FecI4 seems to regulate a more general response, related to carbon compounds rather than iron homeostasis.

Linhagens mutantes foram obtidas para os fatores sigma <font face=\"symbol\">sE (RpoE) e <font face=\"symbol\">sN (RpoN) da bactéria Xylella fastidiosa. O mutante rpoE mostrou-se sensível a etanol e a choque térmico. Análises de microarranjo de DNA, de RT-PCR quantitativo e mapeamento de sítios de início de transcrição permitiram definir o regulon <font face=\"symbol\">sE em resposta ao choque térmico. Verificou-se co-transcrição entre os genes que codificam para <font face=\"symbol\">sE, seu anti-sigma e uma protease, e <font face=\"symbol\">sE não se mostrou auto-regulado, mas regulou o gene do anti-sigma. Análises similares às acima indicaram que o gene pilA, codificando a pilina da fímbria tipo IV, é positivamente regulado por <font face=\"symbol\">sN, enquanto o operon codificando proteínas da fímbria tipo I é regulado negativamente, explicando a maior formação de biofilme e auto-agregação no mutante rpoN. O perfil temporal de expressão da linhagem selvagem J1a12 em carência de nitrogênio foi determinado, além de genes induzidos por carência de nitrogênio via <font face=\"symbol\">sN. Assim, <font face=\"symbol\">sN regula genes de fímbrias e de resposta à carência de nitrogênio em Xylella fastidiosa. / Mutant strains were obtained for the sigma factors <font face=\"symbol\">sE (RpoE) and <font face=\"symbol\">sN (RpoN) in Xylella fastidiosa. The rpoE mutant showed to be sensitive to ethanol and heat shock. Microarray and quantitative RT-PCR analyses and determination of transcription start sites permitted to define the <font face=\"symbol\">sE regulon under heat shock. Co-transcription of the genes encoding <font face=\"symbol\">sE , its anti-sigma factor and a protease was observed, and <font face=\"symbol\">sE did not present auto-regulation, but it regulated the gene encoding the anti-sigma. Similar analyses indicated that the pilA gene, encoding the pilin of the type IV fimbriae, is positively regulated by <font face=\"symbol\">sN, while the operon encoding proteins of the type I fimbriae is negatively regulated, what explains the increased biofilm formation and auto-aggregation in the rpoN strain. Temporal expression profile of wild type strain J1a12 under nitrogen starvation was determined, as well as genes induced by nitrogen starvation via <font face=\"symbol\">sN. Thus, <font face=\"symbol\">sN regulates genes encoding fimbriae and genes for nitrogen starvation response in Xylella fastidiosa.

A citricultura é de grande importância para as atividades agrícolas brasileiras, uma vez que o Brasil é o principal produtor e exportador de suco de laranja. O cancro cítrico, causado pela bactéria Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) é um grave problema nesse setor, causando um elevado prejuízo na produção de frutos e seus derivados. O fator sigma é a subunidade da RNA polimerase que tem a função de direcionar o núcleo da RNA polimerase a uma classe específica de sequências promotoras. Como a maioria das bactérias sintetiza diversos fatores sigma, essa característica proporciona à bactéria a oportunidade de manutenção basal da sua expressão gênica, assim como, a regulação em resposta a alterações ambientais e a sinais durante o desenvolvimento bacteriano. O genoma de Xac codifica para 14 fatores sigma. Nesse presente trabalho, detectamos interações dos fatores &#963;ECF (Xac2814. Xac3989, Xac0922, Xac1319, Xac1380, Xac1682, Xac4129 e Xac2191) e seus fatores anti-&#963; cognatos (Xac2815. Xac3988, Xac0921, Xac1320, Xac1379, Xac1681, Xac4130 e Xac2192). Além disso, observamos interações entre o fator &#963;FliA (Xac1933) e o anti-&#963;FlgM (Xac1989), seu fator anti-&#963; cognato. A caracterização das cepas nocautes para alguns fatores &#963; apontaram o envolvimento do fator &#963;54Xac1969 no mecanismo de formação de flagelo, a contribuição do fator &#963;ECFXac1682 na resposta ao choque térmico e a participação do fator &#963;ECFXac2191 no crescimento bacteriano em condições de carência de ferro. / Citriculture is an important sector of the economy of the State of São Paulo. Citrus canker, caused by Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), is a devastating disease responsible for large agribusiness losses every year. several sigma factors. The sigma factor is the subunit of RNA polymerase that serves to direct the RNA polymerase core to a specific class of promoter sequences. Most bacteria code for more than one sigma factor, which provides the cell with the means by which to maintain basal gene expression while at the same time modulate the expression of specific genes in response in environmental changes and signals during bacterial growth. The Xac genome codes for 14 sigma factors which are the objects of study in this thesis. We demonstrate that many of the sigma factors of the &#963;ECF family (Xac2814, Xac3989, Xac0922, Xac1319, Xac1380, Xac1682, Xac4129 e Xac2191) interact with cognate anti- factors (Xac2815, Xac3988, Xac0921, Xac1320, Xac1379, Xac1681, Xac4130 e Xac2192). These sigma-anti-sigma pairs are all coded by neighboring genes. Interactions between the sigma factor &#963;FliA (Xac1933) and anti-&#963;FlgM (Xac1989) were also observed. Xac strains with gene knockouts for several sigma factors were produced. The characterization some these knockout strains point to the involvement of &#963;54Xac1969 in the biosynthesis of flagella, participation of &#963;ECFXac1682 in the ability to survive heat shock and involvement of &#963;ECFXac2191 in the response to iron deficiency.