The role of carbon dioxide in the regulation of bacterial adaptive proliferation

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The adaptive proliferation of bacteria or cell division in the absence of an exogenous organic substrate is controlled by density-dependent mechanisms with the participation of AHL- and AI-2-dependent quorum sensing systems. Along with the signaling molecules of these bacterial communication systems, bacterial metabolites that are permanently released during microbial metabolism, for example, CO2, can also participate in regulation and can serve as biomarkers of cell density. It has been established that carbon dioxide is necessary for the adaptive proliferation launch, and the increased content of atmospheric CO2 causes a premature stop to this process. Thus, CO2 is able to regulate the adaptive reactions of bacteria, including, probably, being one of the signals involved in the initiation and termination of the process of adaptive proliferation. It has been shown that CO2 in the form of the bicarbonate ion HCO3- can activate the cAMP-dependent signaling cascade and is also included in the bacterial cell mass.

全文:

受限制的访问

作者简介

O. Petrova

Federal Research Center KazSC RAS

Email: poe60@mail.ru

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics

俄罗斯联邦, 420111, Kazan

O. Parfirova

Federal Research Center KazSC RAS

Email: poe60@mail.ru

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics

俄罗斯联邦, 420111, Kazan

V. Vorob’ev

Federal Research Center KazSC RAS; Kazan Federal University

Email: poe60@mail.ru

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Institute of Fundamental Medicine and Biology

俄罗斯联邦, 420111, Kazan; 420008, Kazan

V. Gorshkov

Federal Research Center KazSC RAS; Kazan Federal University

编辑信件的主要联系方式.
Email: poe60@mail.ru

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Institute of Fundamental Medicine and Biology

俄罗斯联邦, 420111, Kazan; 420008, Kazan

参考

  1. Мясник М. Н. Динамика клеточной популяции бактерий при исчезающее малых количествах питательных веществ в среде // Тез. докладов II Всесоюзного совещания “Управляемый синтез и биофизика популяций”. Красноярск, 1969. С. 287.
  2. Braun A., Spona-Friedl M., Avramov M., Elsner M., Baltar F., Reinthaler T., Herndl G., Griebler C. Reviews and syntheses: heterotrophic fixation of inorganic carbon – significant but invisible flux in environmental carbon cycling // Biogeosci. 2021. V. 18. P. 3689‒3700.
  3. Chen Y., Cann M. J., Litvin T. N., Iourgenko V., Sinclair M. L., Levin L. R., Buck J. Soluble adenylyl cyclase as an evolutionarily conserved bicarbonate sensor // Science. 2000. V. 289. Р. 625‒628.
  4. Dehority B. A. Carbon dioxide requirement of various species of rumen bacteria // J. Bacteriol. 1971. V. 105. P. 70‒76.
  5. Gorshkov V., Petrova O., Gogoleva N., Gogolev Y. Cell-to-cell communication in the populations of enterobacterium Erwinia carotovora ssp. atroseptica SCRI1043 during adaptation to stress conditions // FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2010. V. 59. P. 378‒385.
  6. Jo B. H., Kim I. G., Seo J. H., Kang D. G., Cha H. J. Engineered Escherichia coli with periplasmic carbonic anhydrase as a biocatalyst for CO2 sequestration // Appl. Environ. Microbiol. 2013. V. 79. Р. 6697‒6705.
  7. Kalia D., Merey G., Nakayama S., Zheng Y., Zhou J., Luo Y., Guo M., Roembke B., Sintim H. O. Nucleotide, c-di-GMP, c-di-AMP, cGMP, cAMP, (p)ppGpp signaling in bacteria and implications in pathogenesis // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 305‒341.
  8. Merlin C., Masters M., McAteer S., Coulson A. Why is carbonic anhydrase essential to Escherichia coli? //J. Bacteriol. 2003. V. 185. P. 6415‒6424.
  9. Petrova O., Gorshkov V., Daminova A., Ageeva M., Moleleki L. N., Gogolev Y. Stress response in Pectobacterium atrosepticum SCRI1043 under starvation conditions: adaptive reactions at a low population density // Res. Microbiol. 2014. V. 165. Р. 119‒127.
  10. Petrova O., Parfirova O., Gogoleva N., Vorob’ev V., Gogolev Y., Gorshkov V. The role of intercellular signaling in the regulation of bacterial adaptive proliferation // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. Art. 7266.
  11. Smith K. S., Ferry J. G. Prokaryotic carbonic anhydrases // FEMS Microbiol. Rev. 2000. V. 24. P. 335‒366.
  12. Sorokin C. Inhibition of cell division by carbon dioxide // Nature. 1962. V. 194. P. 496‒497.
  13. Steegborn C., Litvin T. N., Levin L. R., Buck J., Wu H. Bicarbonate activation of adenylyl cyclase via promotion of catalytic active site closure and metal recruitment // Nat. Struct. Mol. Biol. 2005. V. 12. P. 32‒37.
  14. Stretton S., Goodman A. E. Carbon dioxide as a regulator of gene expression in microorganisms // Antonie Van Leeuwenhoek. 1998. V. 73. P. 79‒85.
  15. Striednig B.; Hilbi H. Bacterial quorum sensing and phenotypic heterogeneity: how the collective shapes the individual // Trends Microbiol. 2022. V. 3. P. 379–389.
  16. Stulke J., Kruger L. Cyclic di-AMP signaling in bacteria // Annu. Rev. Microbiol. 2020. V. 74. P. 159‒179.
  17. Williams P., Cámara M. Quorum sensing and environmental adaptation in Pseudomonas aeruginosa: a tale of regulatory networks and multifunctional signal molecules // Curr. Opin.Microbiol. 2009. V. 12. P. 182–191.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Dynamics of CFU numbers in P. atrosepticum SCRI1043 cultures grown on LB medium (black lines) or cultured on carbon-free AB medium (gray lines) in the presence of atmospheric CO2 (squares) or in its absence (triangles).

下载 (29KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Dynamics of the CFU number in P. atrosepticum SCRI1043 cultures growing on LB nutrient medium (a) or cultivated on carbon-free AB medium (b) in the presence of different concentrations of CO2: 1 – atm CO2; 2 – 5% CO2; 3 – 10% CO2; 4 – 20% CO2.

下载 (29KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Expression of carbonic anhydrase (a) and adenylate cyclase (b) genes in P. atrosepticum SCRI1043 grown on LB medium (black bars) or cultured on carbon-free AB medium (gray bars) in the presence of atmospheric CO2. The expression level of the target genes was determined relative to the normalizing factor calculated for the housekeeping genes ffh, tuf, recA of P. atrosepticum. The values ​​presented are the average values ​​of five biological replicates. Asterisks (*) indicate significant differences (two-tailed Mann‒Whitney test, p < 0.05) between the variants marked in brackets.

下载 (26KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».