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.

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.