Virulence Outcomes Pertaining to Streptococcus mutans’ Social Interactions

与变形链球菌社会互动相关的毒力结果

• 批准号: 10339341
• 负责人: Gabriella Anne Szewczyk
• 金额: $ 0.47万
• 依托单位: UNIVERSITY OF ILLINOIS AT CHICAGO
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2016-09-16 至 2021-05-10
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10339341
• 关键词: Address; Adult; Affect; Attention; Attenuated; Bacteria; Behavior; Biological Process; Cell Communication; Cells; Chemicals; Child; Chronic; Chronic Disease; Clinical; Communicable Diseases; Competence; DNA; Data; Dental; Dental Care; Dental Plaque; Dental caries; Development; Diet; Disease; Environmental Exposure; Equilibrium; Etiology; Family; Financial Hardship; Gene Expression; Gene Expression Profiling; Gene Expression Regulation; Genes; Genetic; Genetic Techniques; Genetic Transcription; Genome; Goals; Gram-Positive Bacteria; Healthcare; Incidence; Lead; Mediating; Microbial Biofilms; Mind; Minority; Odontogenesis; Oral health; Outcome; Pathogenesis; Pathogenicity; Pathway interactions; Peptides; Phenotype; Pheromone; Play; Population; Prevention strategy; Preventive therapy; Process; Regulation; Regulatory Pathway; Regulon; Reporting; Research; Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction; Role; Series; Signal Transduction; Social Interaction; Streptococcus; Streptococcus mutans; Streptococcus pyogenes; Streptococcus sobrinus; System; Testing; Therapeutic; Toxin; Virulence; Virulence Factors; Work; base; burden of illness; cariogenic bacteria; dental biofilm; differential expression; experimental study; gene function; genome-wide; improved; insight; intercellular communication; lower income families; mutant; novel; paralogous gene; polymicrobial biofilm; quorum sensing; receptor; social; synergism; trait; transcriptome; transcriptome sequencing; transcriptomics; uptake

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.

项目摘要 龋齿是儿童和成人中最普遍的慢性疾病，影响80-90%的儿童和成人。 3.4.细菌，变形链球菌，是这种疾病的主要病原体， 在更严重的龋齿情况下经常与远缘链球菌一起发现12，18，19。 许多导致变形链球菌致龋性的毒力因子已被充分研究， 调节毒力基因表达的机制受到的关注较少。 变形链球菌调节其毒力的机制对于开发治疗方法至关重要， 许多细菌，包括链球菌，都是已知的，通过调节基因表达， 细胞间的通讯机制称为群体感应（QS）21.我们实验室以前的工作 表明Rgg-QS型QS途径调节生物膜形成和毒力表达， 化脓性链球菌和变异链球菌的遗传能力26，35。我们已经确定了额外的Rgg 我们的初步数据已经确定了由每个Rgg控制的推定的毒力基因 从而提供对Rgg QS回路的生物学功能的了解。此外， 也可能通过与S. sobrinus的相互作用而受到影响。目前的建议将探讨 变形链球菌单独和在远缘链球菌存在下调节基因表达的机制。 该建议的中心假设是变异链球菌的毒力基因表达受到调节 通过Rgg-β介导的QS途径和通过其与远缘链球菌的相互作用。 本研究的目的是（1）描述变形链球菌中Rgg旁系同源物的调控功能和化学信号传导。（2） 表征变形链球菌和远缘链球菌相互作用的协同效应。 对于每个Rgg调节子，我们将进行一系列表型实验，每个实验都利用毒力 rgg缺失突变体的初步数据所建议的性状。然后，我们将在全基因组范围内分析 每个突变体的表达谱，使用RNA-测序来确定支持表型的基因网络 观察并确定每个Rgg的额外转录靶点。 我们将对变形链球菌的双菌种生物膜进行RNA测序。 变形链球菌和远缘链球菌的基因表达的影响，以确定这种相互作用的基因表达。 显示差异表达将是有助于种间相互作用的最佳候选者， 这些途径将被生成并测试它们对毒力的贡献。预计这将有助于 研究将描述变形链球菌发病机制的重要方面，这将有助于改善治疗策略， 预防和治疗龋齿。这项研究也是实现长期治疗的重要一步。 目的是确定调节变形链球菌毒力的种内和种间QS机制，以及如何调节 这些过程有助于疾病的发病机理。