Determinación del mecanismo de regulación del sistema toxina-antitoxina del plásmido pUM505

Abstract

Toxin-antitoxin (TA) systems are small genetic elements made up of a toxin gene and its antitoxin cognate, which are important for the stabilization of plasmids (encoded in plasmids) and in bacterial virulence (encoded in chromosomes). In TA systems, toxins are proteins that inhibit growth or cause cell death, while antitoxins regulate the activity of the toxin, either by binding to the toxin or by inhibiting the expression of the gene that encodes for it. In our working group, it was determined that the pumA and pumB genes of the plasmid pUM505, isolated from a clinical strain of Pseudomonas aeruginosa, form an operon that encodes a TA system that participates in the stability of plasmids. Furthermore, the PumA toxin increases the virulence of P. aeruginosa PAO1 in mice, an effect that is neutralized by the presence of the pumB antitoxin gene, suggesting that PumA may act as a virulence factor and that PumB may regulate toxin function. P. aeruginosa is an antibiotic-resistant human pathogen that produces virulence factors modulated by Quorum Sensing (QS). The PumB protein showed identity with DNA binding HTH antitoxins suggesting that the PumB protein may regulate the TA system by binding to the promoter region of the pumAB operon. Therefore, it was interesting to characterize the form of regulation of the TA PumAB system of pUM505. In this work, it was determined that the expression of the PumA and PumB proteins in Escherichia coli BL21 did not inhibited the bacterium growth, suggesting that the co-expression of both proteins is necessary for PumB to neutralize the toxic effects of PumA. Transformants of P. aeruginosa PAO1 with the pumA gene increased Caenorhabditis elegans death, an effect that was neutralized by the PumB protein.

Los sistemas Toxina-Antitoxina (TA) son elementos genéticos pequeños compuestos de un gen toxina y su cognado antitoxina, los cuales son importantes para la estabilización de plásmidos (codificados en plásmidos) y en la virulencia bacteriana (codificados en cromosomas). En los sistemas TA, las toxinas son proteínas que inhiben el crecimiento o generan muerte celular, mientras que las antitoxinas regulan la actividad de la toxina, ya sea por su unión con la toxina o por la inhibición de la expresión del gen que la codifica. En nuestro grupo de trabajo se determinó que los genes pumA y pumB del plásmido pUM505, aislado de una cepa clínica de Pseudomonas aeruginosa, forman un operón que codifica un sistema TA que participa en la estabilidad de plásmidos. Además, la toxina PumA incrementa la virulencia de P. aeruginosa PAO1 en ratón, efecto que es neutralizado por la presencia del gen de la antitoxina pumB, sugiriendo que PumA puede actuar como un factor de virulencia y que PumB puede regular la función de la toxina. P. aeruginosa es un patógeno humano resistente a antibióticos que produce factores de virulencia modulados por Quorum Sensing (QS). La proteína PumB mostró identidad con antitoxinas tipo HTH de unión a DNA sugiriendo que la proteína PumB puede regular al sistema TA al unirse a la región promotora del operón pumAB. Por lo anterior, resulto de interés caracterizar la forma de regulación del sistema TA PumAB de pUM505. En este trabajo se determinó que la expresión de las proteínas PumA y PumB en Escherichia coli BL21 no generó inhibición del crecimiento de la bacteria, sugiriendo que la co-expresión de ambas proteínas es necesaria para que PumB pueda neutralizar los efectos tóxicos de PumA. Transformantes de P. aeruginosa PAO1 con el gen pumA incrementaron la muerte de Caenorhabditis elegans, efecto que fue neutralizado por la proteína PumB.