Impact of varying metal ion- and carbohydrate concentrations on gene expression in the human pathogen Streptococcus pneumoniae

Streptococcus pneumoniae is een grampositieve menselijke ziekteverwekker die jaarlijks verantwoordelijk is voor de dood van miljoenen mensen, voornamelijk kinderen, en veroorzaakt pneumokokken infecties zoals longontsteking, hersenvliesontsteking, middenoor ontsteking en sepsis. De bacterie leeft onder normale omstandigheden in de neusholte. Soms kan het zich, als de omstandigheden juist zijn, door het lichaam naar andere plekken verplaatsen en daar infecties veroorzaken. Om in deze zeer verschillende gastheer omgevingen te overleven en infecties te veroorzaken moet S. pneumoniae deze aanzienlijke variaties in omgevingsomstandigheden kunnen registreren en zich daaraan aan kunnen passen. Hieronder vallen de veranderingen in concentraties metaalionen in gastheer weefsel en de beschikbaarheid van verschillende koolstofbronnen. Er is weinig bekend over het mechanisme van interactie van deze humane pathogeen met de veranderende omgeving in het menselijk lichaam. Dit proefschrift beschrijft de gen gereguleerde respons van S. pneumoniae op de variërende metaal en koolhydraat beschikbaarheid. Wisselende metaal concentraties en verschillende koolhydraat bronnen zijn factoren waar hij mee geconfronteerd kan worden in verschillende plekken van het menselijk lichaam tijdens de infectie. Een aantal regulatoren die reageren op verschillende metaal (b.v. zink en koper) en koolhydraat bronnen (b.v. cellobiose) zijn gekarakteriseerd en hun regulonen zijn bestudeerd. De resultaten beschreven in dit proefschrift zullen helpen bij het beter begrijpen van de moleculaire biologie van S. pneumoniae en verschaffen meer inzicht in de respons van S. pneumoniae op veranderende omgevingscondities. Zink is een belangrijk, maar toxisch, zwaar metaal ion dat de expressie van een aantal (virulentie) genen in streptococci reguleert. Eerder hebben we de genoom-brede respons van S. pneumoniae op zink-stress geanalyseerd. In hoofdstuk 2 hebben we een analyse van het transcriptoom gedaan om genen te identificeren die differentieel tot expressie komen bij intracellulaire zink limitatie. Dit leidde tot een aantal genen die sterk omhoog gereguleerd zijn in de afwezigheid van extracellulaire zink. Hieronder vallen de genen die behoren tot het regulon van de zink-responsieve repressor AdcR, zoals adcBCA, coderend voor een zinkafhankelijk ABC-opname systeem, adcAII, coderend voor een zink-bindend lipoproteïne, en ook virulentie genen behorend tot de Pht familie (PhtA, PhtB, PhtD en PhtE). Met transcriptoom analyse, lacZ-reporter studies, in vitro DNA-binding experimenten, en in silico operator voorspellingen, laten we zien dat AdcR direct de promoters van adcRCBA, adcAIIphtD, phtA, phtB en phtE onderdrukt in de aanwezigheid van zink.