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Title

Regulation of the lifestyle switch in Pseudomonas putida

AuthorsJiménez-Fernández, Alicia
AdvisorGovantes, Fernando
Issue Date2014
PublisherUniversidad Pablo de Olavide
Abstract[EN]: In nature most bacteria live as part of structured sessile communities growing on solid surfaces or interphases and embedded in a self-produced extracellular matrix, named biofilms. Pseudomonas putida is a rhizosphere-associated soil bacterium that forms biofilms on multiple biotic and abiotic surfaces. Biofilm formation by P. putida involves cessation of flagellar motility and the production of an extracellular matrix including the high molecular weight adhesins LapA and LapF and several types of extracellular polysaccharides. When nutrients become limitant, P. putida undergoes quick dispersal, during which cells are released from the extracellular matrix and resume a motile lifestyle. Dispersal involves the proteolytic cleavage of LapA triggered by a drop in the intracellular concentration of the second messenger c-di-GMP. In this project we have identified three proteins, BifA, DksA and MvaB, as novel elements involved in the starvation-induced dispersal response. We have shown that the PDE BifA is responsible for decreasing c-di-GMP levels during nutrient starvation and triggering biofilm dispersal. BifA also contributes to the regulation of the steady-state c-di-GMP levels. Positive regulation of bifA expression by the stringent response and the flagellar σ factor FliA links nutrient limitation and the resumption of flagellar motility with c-di-GMP mediated dispersal. We have also studied the role of the c-di-GMP-responsive-σ54-dependent transcriptional factor FleQ as the switch between the planktonic and sessile lifestyles in P. putida. FleQ activates the expression of σ54-dependent flagella and chemotaxis-related promoters and its activity is inhibited by c-di-GMP. At the same time, FleQ exerts dual positive and negative regulation on the transcription of lapA and the cellulose biosynthesis operon in a ¿54-independent manner, and in the case of lapA transcription is stimulated by c-di-GMP. In addition, FleQ and/or c-di-GMP also regulate the synthesis of several putative c-di-GMP-metabolizing enzymes likely contributing to the robustness of the regulatory circuit. Our results indicate that the switch between the planktonic and biofilm lifestyles involves the coordinate regulation of flagellar motility and synthesis and degradation of matrix components. Such regulation involves a plethora of regulatory and signal transduction elements, and is driven by changes in the intracellular levels of c-di-GMP.
[ES]: En la naturaleza, la mayoría de las bacterias viven formando parte de biofilms, comunidades sésiles estructuradas embebidas en una matriz extracelular autogenerada que crecen en superficies sólidas o interfases. Pseudomonas putida es una bacteria de suelo asociada a la rizosfera que forma biofilms en superficies bióticas y abióticas. La formación de biofilm en P. putida implica el cese de la movilidad flagelar y la producción de una matriz extracelular que incluye las proteínas de alto peso molecular LapA y LapF y varios tipos de exopolisacáridos. Cuando los nutrientes se agotan, P. putida experimenta un rápido proceso de dispersión en el que las células se liberan de la matriz extracelular y retoman un estilo de vida móvil. La dispersión implica la proteólisis de LapA desencadenada por un descenso en la concentración intracelular del segundo mensajero di-GMPc. En este trabajo hemos identificado tres proteínas, BifA, MvaB y DksA, como nuevos elementos implicados en la respuesta de dispersión inducida por agotamiento de nutrientes. Hemos demostrado que la fosfodiesterasa BifA es responsable de disminuir los niveles de di-GMPc durante la limitación de nutrientes y de desencadenar la dispersión del biofilm. BifA también contribuye a la regulación del estado estacionario de los niveles de di-GMPc. La expresión de bifA está controlada positivamente por la respuesta estricta y el factor σ de flagelo FliA, relacionando así la limitación de nutrientes y la reanudación de la movilidad flagelar con la dispersión mediada por di-GMPc. En este proyecto también hemos estudiado el papel del factor transcripcional dependiente de σ54 y receptor de di-GMPc FleQ como interruptor de la transición entre los estilos de vida planctónico y sésil de P. putida. FleQ activa la expresión de promotores dependientes de σ54 relacionados con la síntesis de flagelo y la quimiotaxis, actividad inhibida por el di-GMPc. Al mismo tiempo, FleQ ejerce una doble regulación positiva y negativa en la transcripción de lapA y del operón para la biosíntesis de celulosa de forma independiente a σ54, y en el caso de lapA la transcripción está estimulada por el di-GMPc. Además, FleQ y/o el di-GMPc también regulan la síntesis de varias enzimas supuestamente relacionadas con el metabolismo del di-GMPc, lo cual probablemente aumenta la robustez del circuito de regulación. Nuestros resultados indican que el cambio entre el estilo de vida planctónico y en biofilm de P. putida implica una regulación coordinada de la movilidad flagelar y la síntesis y degradación de componentes de la matriz. Dicha regulación implica una gran cantidad de elementos de regulación y transducción de señales, y está dirigida por cambios en los niveles intracelulares de di-GMPc.
DescriptionMemoria presentada por Alicia Jiménez Fernández para optar al grado de Doctora en Biotecnología y Tecnología Química por la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla.
URIhttp://hdl.handle.net/10261/130366
Appears in Collections:(CABD) Tesis
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