Virulence Outcomes Pertaining to Streptococcus mutans’ Social Interactions

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。 世界人口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。而 许多与致龋性有关的毒力因子。变异人已经被很好地研究， 调节毒力基因表达的机制受到的关注较少。了解 S.变形杆菌调节其毒力对于开发治疗方法至关重要， 减轻龋齿。已知许多细菌，包括链球菌，通过一个或多个转录因子调节基因表达。 细胞间的细胞通讯机制称为群体感应（QS）21.我们实验室之前的工作已经 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S. mutans变异体26，35.我们发现了更多的RGG S.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，S.变形 也可以通过与S的相互作用来影响。sobrinus。目前的提案将探讨 S.变形链球菌单独和在S. sobrinus。的 该建议的中心假设是S.变形杆菌被调节 通过Rgg-β介导的QS途径和通过与S. sobrinus。的具体目标 本研究的主要内容是：（1）描述Rgg旁系同源物在S.变异人（二） 表征S. mutans和S. sobrinus相互作用阐明其职能作用 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 性状建议我们的初步数据，对rgg缺失突变体。然后我们将分析全基因组 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 观察并鉴定每个Rgg的另外的转录靶标。S. sobrinus在S. 还将评估变异人的基因表达。我们将在S. mutans和S. sobrinus，以确定这种相互作用对基因表达的影响。遗传途径 显示差异表达将是有助于种间相互作用的最佳候选者， 将生成这些途径并测试它们对毒力的贡献。预计这一 研究将描绘S.这将有助于改善战略的变形 预防和治疗龋齿。这项研究也是实现长期可持续发展的重要一步。 目的是确定调节沙门氏菌毒性的种内和种间QS机制。变种人，以及如何 这些过程有助于疾病的发病机理。

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.