Virulence Outcomes Pertaining to Streptococcus mutans’ Social Interactions

项目总结： 牙科龋病是儿童和成人中最常见的慢性龋病之一，影响着约80%-90%的儿童。 世界人口3.4。其主要致病菌是变形链球菌，是本病的主要致病病原体。 经常被发现与远缘链球菌一起患上更严重的龋齿12，18，19的情况。 报告称，导致变形链球菌致龋性下降的许多毒力因素和因素一直没有得到很好的研究。 调节毒力和基因表达的机制也没有得到太多人的关注。 变形链球菌调节其高毒力的机制对于开发新的治疗方法是至关重要的。 减轻龋齿。包括链球菌在内的许多常见细菌都已知可以通过细菌来调节基因的表达。 细胞到细胞的通信机制在21世纪被称为仲裁感知机制(QS)。我们实验室之前的工作已经完成。 证明了RGG型QS信号通路调节细菌生物被膜的形成和毒力的表达。 化脓性链球菌和变形链球菌的遗传能力分别为26和35。我们还没有发现另一种RGG。 在变形链球菌和我们的初步数据中发现的途径已经确定了推测的毒力基因，这些基因由不同的RGG控制。 从而为进一步研究RGG和QS环路的生物学功能提供了新的见解。此外，还研究了变形链球菌的高毒力特性。 可能也会通过与S.sobrinus的互动而受到影响。但当前的全球提案将不会探讨这一问题。 变形链球菌单独调节基因表达的机制，以及在S.sobrinus不存在的情况下调节基因表达的机制。 这项提议的核心假设是，变形链球菌的毒力和基因表达受到了高度调控。 通过RGG中介的QS，通过其与南方红豆杉的互动，建立和传播路径。这项具体的计划旨在解决这些问题。 本研究报告(1)描述了在变形链球菌属中RGG的调控功能和化学信号传导机制。 刻画变形链球菌与远缘链霉菌相互作用的协同效应，以进一步阐明它们在功能上的作用。 在每一个RGG基因的调节子中，我们都会进行一系列的表型基因实验，每个基因都利用了一种强大的毒力。 性状是通过提供我们的初步基因数据，基于RGG基因的缺失和突变体而提出的。然后我们将对整个基因组进行分析。 每个突变体的表达和轮廓特征是使用RRNA-seq来确定支撑其表型的基因和网络。 通过观察和分析，以确定RGG中每一个的额外转录靶标。以及S.sobrinus对S. 还将对变种人的基因和表达能力进行评估。我们将在金黄色葡萄球菌的双物种生物膜上预制RNA-seq。 变形杆菌和远缘链霉菌试图确定这种相互作用对基因表达的影响。 表现出不同的基因表达，也将是最重要的候选基因，因为它们有助于促进物种间的相互作用，以及更多的突变。 这些途径将不会被产生，并将接受测试，以确定它们对毒力的贡献。因此，这是意料之中的事情。 研究人员将描绘变形链球菌致病机制的关键方面，这将有助于改善我们的战略。 预防和治疗龋齿。这项研究工作也是实现这一长期目标的重要一步。 我们的目标是定义QS的种内和种间调控机制，这些机制可以调节变形链球菌的毒力，以及如何调控。 这些过程可能与疾病的发病机制有关。

PROJECT SUMMARY       Dental caries is the most prevalent chronic disease in both children and adults, affecting 80–90% of the  world population3.4. The bacterium, Streptococcus mutans, is the primary causative agent of this disease and is  frequently found together with Streptococcus sobrinus in situations of more severe dental caries12,18,19. While  many of the virulence factors contributing to the cariogenicty of S. mutans have been well studied, the  mechanisms that regulate virulence gene expression has received less attention. Understanding the  mechanisms by which S. mutans regulates its virulence are critical for developing therapeutic approaches to  mitigate dental caries. Many bacteria, including streptococci, are known to regulate gene expression through a  cell-­to-­cell communication mechanism called quorum sensing (QS) 21. Previous work by our lab has  demonstrated that Rgg-­type QS pathways regulate biofilm formation and virulence expression in  Streptococcus pyogenes and genetic competence in S. mutans 26, 35. We have identified additional Rgg  pathways in S. mutans and our preliminary data has identified putative virulence genes controlled by each Rgg  thereby providing insight on the biological function of Rgg QS circuits. Moreover, the virulence of S. mutans  may also be influenced through interactions with S. sobrinus. The current proposal will explore the  mechanisms by which S. mutans regulates gene expression alone and in the presence of S. sobrinus. The  central hypothesis of this proposal is that virulence gene expression by S. mutans is modulated  through Rgg-­mediated QS pathways and through its interaction with S. sobrinus. The specific aims of  this research are (1) Describe regulatory function and chemical signaling for Rgg paralogs in S. mutans. (2)   Characterize the synergistic effects of S. mutans and S. sobrinus interaction. To elucidate the functional roles  of each Rgg regulon, we will perform a series of phenotypic experiments, each of which exploits a virulence  trait suggested by our preliminary data, on rgg deletion mutants. We will then analyze the genome-­wide  expression profile of each mutant using RNA-­seq to determine gene networks underpinning the phenotypes  observed and to identify additional transcriptional targets of each Rgg. The influence of S. sobrinus on S.  mutans’ gene expression will also be assessed. We will preform RNA-­seq on dual-­species biofilms of S.  mutans and S. sobrinus to determine the influence of this interaction on gene expression. Genetic pathways  showing differential expression will be top candidates that contribute to interspecies interaction, and mutants of  these pathways will be generated and tested for their contribution to virulence. It is anticipated that this  research will delineate critical aspects of S. mutans pathogenesis that will help improve strategies of  prevention and treatment of dental caries. This research is also an important step in achieving the long-­term  goal of defining the intra-­ and interspecies QS mechanisms that modulate virulence in S. mutans, and how  these processes contribute to disease pathogenesis.